Podstawy elektroniki cz. 1 Wykład 1

Transkrypt

1 Podstawy elektroniki cz. 1 Wykład 1

2 Elementy elektroniczne w technice cyfrowej Rezystory Rezystory masowe, metalizowane, drutowe Potencjometry i helitrimy Fototranzystory i termistory Kondensatory Kondensatory ceramiczne, foliowe, elektrolityczne i tantalowe Trymery 2

3 Elementy elektroniczne w technice cyfrowej Elementy indukcyjne Cewki i dławiki Transformatory Diody Prostownicze i mostki Fotodiody LED Tranzystory Bipolarne Unipolarne Fototranzystory i transoptory 3

4 Elementy elektroniczne w technice cyfrowej Rezonatory i generatory Rezonator ceramiczny Rezonator kwarcowy Generator kwarcowy Elementy elektromechaniczne Przełączniki i przyciski Enkodery (impulsatory) Przekaźniki i styczniki Kontaktrony Bezpieczniki topikowe 4

5 Elementy elektroniczne w technice cyfrowej Elementy audio Mikrofony Głośniki Buzzery i blaszki piezo Elementy złożone Układy scalone Niektóre czujniki Wyświetlacze LCD Układy hybrydowe 5

6 Rezystor Element oporowy Ogranicza prąd w obwodzie Podstawowe parametry Rezystancja (Ω, k Ω, M Ω) Moc (mw, W, kw) Tolerancja (%) Obudowa Rodzaje Węglowe Metalizowane Drutowe 6

7 Potencjometry i helitrimy Element oporowy Rezystor o regulowanej rezystancji Podstawowe parametry Rezystancja (Ω, k Ω, M Ω) Moc (mw, W, kw) Tolerancja (%) Obudowa Charakterystyka Rodzaje Masowe Drutowe Uwagi Wieloobrotowe nazywane są helitrimami 7

8 Fotorezystor Element oporowy Rezystor zmieniający swoją rezystancję w zależności od natężenia światła Podstawowe parametry Maksymalna rezystancja (M Ω) Minimalna rezystancja (k Ω) Obudowa Charakterystyka 8

9 Termistor Element oporowy Rezystor zmieniający swoją rezystancję w zależności od temperatury Podstawowe parametry Zakres rezystancji Charakterystyka Obudowa 9

10 Kondensator Element pojemnościowy Podstawowe parametry Pojemność (C: pf, nf, µf, mf, F) Dopuszczalne napięcie (V, kv) Tolerancja (%) Obudowa Rodzaje Ceramiczne Mikowe Foliowe Tantalowe Elektrolityczne Uwagi Elektrolityczne i tantalowe mają ustaloną biegunowość 10

11 Trymer Element pojemnościowy Kondensator o regulowanej pojemności Podstawowe parametry Pojemność (C: pf, nf, µf, mf, F) Dopuszczalne napięcie robocze (V, kv) Tolerancja (%) Obudowa 11

12 Cewki i dławiki Elementy indukcyjne Podstawowe parametry Indukcyjność (nh, µh, mh, H) Prąd (ma, A, ka) Dobroć Częstotliwość pracy (khz, MHz) Tolerancja (%) Obudowa 12

13 Transformatory Elementy indukcyjne Podstawowe parametry Napięcie pierwotne (V, kv) Napięcie wtórne (V, kv) Moc (W, kw) Wymiary Typ rdzenia Rodzaje Płaszczowe ( zwykłe ) Toroidalne 13

14 Diody Element półprzewodnikowy Elektrody: anoda i katoda Podstawowe parametry Napięcie wsteczne (V, KV) Spadek napięcia (V) Prąd (A, ka) Obudowa Szybkość przełączania Typ Prostownicza Schottky ego Tunelowa Pojemnościowa Zenera 14

15 Mostki prostownicze (Graetza) Element półprzewodnikowy Wykorzystywany do konwersji AC do DC Podstawowe parametry Napięcie (V, kv) Prąd (A, ka) Moc strat (W, kw) Obudowa 15

16 Diody elektroluminescencyjne (LED) Element półprzewodnikowy Elektrody: anoda i katoda Podstawowe parametry Kolor Napięcie (V) Prąd (ma, A) Jasność (mcd) Kąt świecenia (stopnie) Typ soczewki Obudowa 16

17 Fotodioda Element półprzewodnikowy Dioda, której prąd złącza zwiększa się wraz z ze wzrostem natężenia światła Elektrody: anoda i katoda Podstawowe parametry Czas reakcji Minimalny spadek napięcia Charakterystyka Obudowa 17

18 Tranzystor bipolarny Element półprzewodnikowy Najprostszy wzmacniacz sygnału Elektrody: emiter, kolektor i baza Podstawowe parametry Napięcie i prąd CE (V) Maksymalny prąd bazy (ma) Częstotliwość pracy (khz, MHz, GHz) Spadek napięcia w stanie przewodzenia (mv, V) Wzmocnienie Dopuszczalna moc strat (mw, W) Obudowa Dzielą się na PNP i NPN 18

19 Tranzystor JFET (złączowy) Element półprzewodnikowy Najprostszy wzmacniacz sygnału Elektrody: źródło, dren i bramka Podstawowe parametry Napięcie i prąd źródło-dren (V, kv) Maksymalne napięcie bramki (V) Częstotliwość przełączania (MHz, GHz) Napięcie otwarcia (V) Moc strat Rezystancja w stanie otwartym (mω, Ω) Obudowa Dzielą się na tranzystory z kanałem N i P 19

20 Tranzystor MOSFET (z izolowaną bramką) Element półprzewodnikowy Najprostszy wzmacniacz sygnału Elektrody: źródło, dren i bramka Podstawowe parametry Napięcie i prąd źródło-dren (V, kv) Maksymalne napięcie bramki (V) Częstotliwość przełączania (MHz, GHz) Napięcie otwarcia (V) Moc strat Rezystancja w stanie otwartym (mω, Ω) Obudowa Dzielą się na tranzystory z kanałem N i P 20

21 Fototranzystor Element półprzewodnikowy Elektrody: emiter i kolektor Prąd kolektora zależy od natężenia światła Podstawowe parametry Czas reakcji (µs, ms) Minimalny spadek napięcia (mv) Charakterystyka Obudowa 21

22 Transoptor Element półprzewodnikowy Połączenie diody LED i fototranzystora Podstawowe parametry Prąd diody LED (ma) Prąd fototranzystora (ma) Częstotliwość przełączania (khz) Napięcie przebicia (kv) Charakterystyka Obudowa Liczba diod/fototranzystorów Dzielą się na transoptory w obudowie zamkniętej i otwartej (szczelinowe i odblaskowe) 22

23 Optotriak Element półprzewodnikowy Połączenie diody LED i triaka Podstawowe parametry Prąd diody LED(mA) Częstotliwość przełączania (khz) Napięcie przebicia (kv) Maksymalne napięcie i prąd triaka (V, kv, A) Obudowa 23

24 Rezonator kwarcowy i ceramiczny Stabilizator drgań oscylatorów elektronicznych Podstawowe parametry Częstotliwość nominalna (khz, MHz) Stabilność (ppm) Dobroć Obudowa 24

25 Generator kwarcowy Rezonator kwarcowy zintegrowany z układem oscylatora Podstawowe parametry Częstotliwość nominalna (MHz, GHz) Napięcie zasilania (V) Napięcie wyjściowe (mv, V) Kształt sygnału Stabilność (ppm) Obudowa Odmiany: regulowane, stabilizowane termicznie 25

26 Przełączniki i przyciski Element mechaniczny stykowy Podstawowe parametry Liczba styków Konfiguracja styków Maksymalny prąd i napięcie (A, V, kv) Rezystancja styków Trwałość Obudowa 26

27 Enkodery obrotowe (impulsatory) Element stykowy lub optoelektroniczny Posiada dwie pary styków (nie wymaga zasilania) lub dwa transoptory + tarcza kodowa (wymaga zasilania) Podstawowe parametry Liczba impulsów na obrót Rodzaj kodowania Obudowa 27

28 Przekaźniki i styczniki Element mechaniczny stykowy Podstawowe parametry Napięcie cewki (V) Liczba i konfiguracja styków Maksymalny prąd i napięcie (A, V, kv) Trwałość Obudowa 28

29 Kontaktron (rurka kontaktronowa) Element mechaniczny stykowy Podstawowe parametry Maksymalny prąd i napięcie (A, V, kv) Konfiguracja styków Trwałość Obudowa W połączeniu z cewką elektromagnesu tworzy przekaźnik kontaktronowy 29

30 Bezpiecznik topikowy Element zabezpieczający Podstawowe parametry Czas zadziałania (ze zwłoką, bez zwłoki) Prąd zadziałania Maksymalne napięcie pracy Obudowa 30

31 Mikrofon Podstawowe parametry Czułość Charakterystyka przenoszenia Obudowa Rodzaje Dynamiczny Elektretowy Węglowy 31

32 Głośnik dynamiczny Podstawowe parametry Moc (mw, W) Impedancja (Ω) Średnica i kształt 32

33 Buzzer (brzęczyk) Podstawowe parametry Napięcie zasilania Pobór prądu (ma) Głośność (db) Obudowa Rodzaje Z generatorem lub bez 33

34 Przetwornik (blaszka) piezo(elektryczny) Podstawowe parametry Maksymalna amplituda sygnału sterującego Częstotliwość rezonansowa (khz) Głośność (db) Średnica 34

35 Czujniki Czujniki różnych wartości 35

36 Czujniki różnych wartości Światło Fotorezystor Fotodioda Dźwięk i drgania Mikrofon Przetwornik piezo Wilgotność Higrometr oporowy 36

37 Czujniki różnych wartości Przyspieszenie Akcelerometr Nachylenie Żyroskop Ciśnienie Barometr Pole magnetyczne Magnetometr Temperatura Termistor Ruch Czujnik PIR 37

38 Narzędzia warsztatowe i przyrządy pomiarowe Narzędzia warsztatowe i przyrządy pomiarowe 38

39 Narzędzia Lutownica Grzałkowa Transformatorowa Stacja lutownicza Stacja hot air 39

40 Przyrządy pomiarowe Sonda (próbnik) logiczna Multimetr Miernik RLC (mostek) Miernik częstotliwości Generator (funkcyjny) Oscyloskop Analizator widma Wobuloskop i wobulator Analizator wektorowy Zasilacz laboratoryjny 40

41 Lutownica grzałkowa (oporowa) Zwana też kolbą lutowniczą Narzędzie służące do wykonywania połączeń za pomocą niskotemperaturowych stopów lutowniczych, w warunkach amatorskich zwykle stopu SnPb Zakres temperatur wynosi zwykle od 100 C do 400 C Lutownica grzałkowa składa się z uchwytu, grzałki ogrzewającej grot (zwykle ceramicznej) i wymiennego grota 41

42 Lutownica grzałkowa (oporowa) Zwykle moc lutownicy grzałkowej nie przekracza kilkudziesięciu watów Lutownice grzałkowe małej mocy posiadają zwykle stabilizację temperatury Może być zasilana napięciem sieciowym lub niskim napięciem Większość modeli wykorzystywanych w elektronice współpracuje ze stacją lutowniczą 42

43 Lutownica grzałkowa (oporowa) Zalety Stabilność temperatury grota Łatwa wymiana grota Modele niskonapięciowe są bezpieczne dla użytkownika i podzespołów elektronicznych Różne kształty i rozmiary grotów Wady Zwykle niewielka moc i mała pojemność cieplna grota Długi czas nagrzewania 43

44 Lutownica grzałkowa (oporowa) 44

45 Lutownica transformatorowa Lutownica posiadająca zamiast grzałki transformator dostarczający niskie napięcie o dużym natężeniu, nagrzewające grot (zwykle wykonany z drutu miedzianego) Lutownice transformatorowe zasilane są w przeważającej części napięciem sieciowym Ich moc jest zwykle większa, a czas nagrzewania grota wyraźnie krótszy niż w przypadku lutownic grzałkowych 45

46 Lutownica transformatorowa Zalety Szybkie nagrzewanie i małe spadki temperatury podczas lutowania Wady Tylko zasilanie sieciowe Brak stabilizacji temperatury Wysokie temperatury nominalne Ryzyko uszkodzenia lutowanego elementu napięciem indukowanym w grocie W zasadzie jeden rodzaj grotu 46

47 Lutownica transformatorowa 47

48 Stacja lutownicza Urządzenie pełniące rolę zasilacza i stabilizatora temperatury podłączonej do niego dedykowanej lutownicy grzałkowej Stacja lutownicza wyposażona jest w pokrętło lub przyciski, pozwalające ustawić wybraną temperaturę grota oraz bardzo często wyświetlacz wskazujący ustawioną i bieżącą temperaturę 48

49 Stacja lutownicza 49

50 Stacja hotair Stacja hotair wytwarza strumień gorącego powietrza o ściśle kontrolowanej temperaturze i sile Gorące powietrze dostarczane jest do specjalnej dyszy, pozwalającej skierować je w wybrane miejsce Wykorzystywana jest do lutowania elementów montowanych powierzchniowo (SMD), zwłaszcza w obudowach BGA oraz przy demontażu 50

51 Stacja hotair Zakres temperatur powietrza wydmuchiwanego przez dyszę wynosi od kilkudziesięciu do ponad 400 C Wyróżnia się stacje hotair z wentylatorem nadmuchu w uchwycie dyszy i z kompresorem w stacji 51

52 Stacja hotair 52

53 Próbnik (sonda) logiczny Próbnik logiczny jest przyrządem pomiarowym pozwalającym określić bieżący stan logiczny w dowolnym punkcie urządzenia cyfrowego Zaawansowane modele posiadają również możliwość detekcji zboczy sygnału Może być zasilany z baterii lub badanego układu 53

54 Próbnik (sonda) logiczny 54

55 Multimetr (miernik uniwersalny) Uniwersalny przyrząd pomiarowy pozwalający mierzyć takie wartości jak: napięcie AC i DC, natężenie AC i DC oraz rezystancję. Bardziej zaawansowane modele pozwalają też zmierzyć pojemność kondensatorów, częstotliwość i indukcyjności Większość modeli posiada również funkcje pomiaru wzmocnienia tranzystora, napięcia wstecznego diody, temperatury (za pomocą termopary) i ciągłości obwodu 55

56 Multimetr (miernik uniwersalny) Pomiary częstotliwości, pojemności i indukcyjności są zwykle obarczone istotnym błędem pomiarowym Podstawowym parametrem multimetru jest zakres pomiarowy mierzonych wartości oraz dokładność pomiaru dla każdego zakresu 56

57 Multimetr (miernik uniwersalny) 57

58 Analizator stanów logicznych Przyrząd pozwalający rejestrować dla późniejszej analizy sekwencje cyfrowe występujące na jednej lub wielu (zwykle wielokrotność liczby 8) liniach cyfrowych Urządzenie może próbkować badany sygnał korzystając z własnej podstawy czasu lub jednej z badanych linii sygnałowej. W drugim przypadku próbkowanie może być wyzwalane określonym zboczem lub stanem logicznym 58

59 Analizator stanów logicznych Najważniejsze parametry: maksymalna częstotliwość wejściowa i częstotliwość próbkowania oraz liczba kanałów 59

60 Analizator stanów logicznych 60

61 Generator funkcyjny Przyrząd potrafiący generować na swoim wyjściu przebieg o określonej częstotliwości, kształcie i amplitudzie Generowane częstotliwości pokrywają zwykle zakres od ułamka herza do dziesiątek, setek lub tysięcy MHz Najczęściej dostępne kształty sygnału: sinusoidalny, prostokątny, trójkątny i piłokształtny 61

62 Generator funkcyjny W przypadku przebiegu prostokątnego zwykle istnieje możliwość ustawienia jego wypełnienia, a czasem nawet wygenerowania określonej sekwencji logicznej Parametry: zakres częstotliwości, obsługiwane kształty sygnałów i zakres amplitud generowanych sygnałów 62

63 Generator funkcyjny 63

64 Miernik częstotliwości Urządzenie pomiarowe pozwalające mierzyć częstotliwość sygnału, zwykle o dowolnym kształcie i amplitudzie od pojedynczych mv do kilkunastu lub kilkudziesięciu V Mierniki częstotliwości zwykle obsługują zakres od kilku Hz do kilku GHz, przy czym dla setek MHz i GHz zwykle oferują mniejszą dokładność spowodowaną wykorzystaniem preskalera częstotliwości wejściowej 64

65 Miernik częstotliwości Mierniki częstotliwości bardzo często oferują też pomiar współczynnika wypełnienia sygnału i jego okresu Podstawowe parametry miernika częstotliwości to zakres mierzonych częstotliwości i zakres napięć wejściowych 65

66 Miernik częstotliwości 66

67 Miernik (mostek) RLC Mostek RLC jest przyrządem pomiarowym pozwalającym zmierzyć rezystancję, indukcyjność i pojemność Oferują znacznie większą dokładność niż multimetry wyposażone w analogiczne funkcje Najważniejsze parametry: zakresy mierzonych wartości 67

68 Miernik (mostek) RLC 68

69 Oscyloskop Oscyloskop pozwala na wizualną obserwację kształtu) sygnału oraz pomiar jego amplitudy w funkcji czasu Można wyróżnić oscyloskopy analogowe, cyfrowe i analogowo-cyfrowe Oscyloskop może posiadać jeden lub kilka kanałów wejściowych. W przypadku oscyloskopów wielokanałowych zwykle istnieje możliwość wykonania mniej lub bardziej skomplikowanych operacji matematycznych, takich jak suma, różnica lub iloczyn 69

70 Oscyloskop Najważniejsze parametry oscyloskopu to pasmo i dopuszczalne napięcie wejściowe, w przypadku oscyloskopów cyfrowych także częstotliwość próbkowania 70

71 Oscyloskop 71

72 Analizator widma Urządzenie pomiarowe pozwalające na obserwację i pomiar amplitudy sygnału w funkcji częstotliwości Podobnie jak wobuloskop wykorzystywany głównie w technice audio, radiowej i pomiarowej 72

73 Analizator widma 73

74 Analizator wektorowy Przyrząd pomiarowy pozwalający na pomiar różnych parametrów sygnału poprzez prezentacje ich wzajemnych relacji Analizatory wektorowe przewidziane są zwykle do pomiarów sygnałów określonego typu 74

75 Analizator wektorowy 75

76 Zasilacz laboratoryjny Zasilacz laboratoryjny pozwala na dostarczanie napięć zasilających o ściśle określonych parametrach, takich jak napięcie, natężenie, tętnienia itp. Zasilacze laboratoryjne w zależności od typu mogą posiadać fabrycznie zdefiniowane napięcia i prądy i/lub możliwość konfiguracji tych parametrów 76

77 Zasilacz laboratoryjny Większość zasilaczy laboratoryjnych posiada zabezpieczenia przeciwzwarciowe i ograniczenia nadmiarowoprądowe Podstawowe parametry zasilacza to zakres napięć roboczych i maksymalna wydajność prądowa 77

78 Zasilacz laboratoryjny 78