Woltomierz: Amperomierz:

Transkrypt

1 Kurs Elektroniki Część 1- elementy pasywne. Opracowanie: Michał Pierzchanowski 2011r. 1/52

2 Wprowadzenie Napięcie (U)- różnica potencjałów elektrycznych między dwoma punktami obwodu elektrycznego. Jednostka [V] Volt. Do pomiaru napięcia używamy woltomierza, a jego zaciski podłączamy równolegle do zacisków źródła napięcia. (Wiki) Prąd (I) płynie przez obwód zamknięty, od zacisku + (plus) do zacisku (minus) źródła prądu (tak naprawdę przepływ jest odwrotny, a obecny zapis wynika z zaszłości historycznych). Jednostka [A] Amper. Do pomiaru prądu używamy amperomierza, a jego zaciski podłączamy zawsze szeregowo z mierzonym obwodem. 2/52

3 Woltomierz: Amperomierz: 3/52

4 Elementy pasywne (bierne) Elementy rezystancyjne Elementy pojemnościowe Elementy indukcyjne 4/52

5 Elementy rezystancyjne Rezystor (opornik)- (z łac. resistere, stawiać opór) najprostszy element rezystancyjny. Jest elementem liniowym: spadek napięcia jest wprost proporcjonalny do prądu płynącego przez opornik. Przy przepływie prądu zamienia energię elektryczną w ciepło. Występuje na nim spadek napięcia. W obwodzie służy do ograniczenia prądu w nim płynącego. (Wiki) 5/52

6 Elementy rezystancyjne Rezystor (opornik) Podstawowe parametry: -Rezystancja rezystancja określana jest zależnością: R rezystancja (opór), S pole przekroju poprzecznego elementu, l długość elementu. p opór właściwy (danego materiału) np. miedzi 1, Ω m Jednostką rezystancji jest om (Ω). 6/52

7 Elementy rezystancyjne Podstawowe parametry: -Moc Każda obudowa rezystora może oddać do otoczenia określoną ilość ciepła. Moc oddawaną do otoczenia wyznacza się z zależności: P=I*U P [W] Moc I [A] Prąd płynący przez rezystor U [V] spadek napięcia na rezystorze Moc wyznaczona z tej zależności nie może przekraczać mocy znamionowej danego opornika. Typowe moce znamionowe rezystorów 0,125; 0,25; 0,5; 0,6; 1; 2 W 7/52

8 Symbole rezystorów Stosowany w Europie. Stosowany w USA 8/52

9 Obudowy rezystorów. Przewlekane (THT) Raster (rozstaw nóg) w zależności od wielkości obudowy, wielkość obudowy zwykle zależna od mocy znamionowej rezystora. Rezystor węglowy 1/4W. Rezystor masowy 5W. 9/52

10 Obudowy rezystorów. Przewlekane (THT) Rezystor drutowy dużej mocy. Drabinka rezystorowa. 10/52

11 Obudowy rezystorów. Do montażu powierzchniowego (SMD) Rozmiar obudowy unormowany i odpowiednio oznaczony. 11/52

12 Szereg E i tolerancja rezystancji. Wartości rezystancji nominalnej są znormalizowane i tworzą szeregi liczbowe oznaczone jako E3, E6, E12, E24 itd. Liczba obok literki E wskazuje na ilość pozycji dla jednej dekady. Tolerancja (klasa dokładności)- określa maksymalne dopuszczalne odchyłki, wyrażone w procentach wartości rezystancji znamionowej. Odchyłki te wynikają z różnic rezystorów powstających podczas produkcji, tzw. rozrzuty produkcyjne. 12/52

13 Oznaczenia rezystorów paskowe. Na rezystorze występują zwykle 3,4,5 lub 6 pasków. Jeśli pasków jest 5 lub 6 oznacza to, że rezystor jest precyzyjny, wtedy pierwsze 3 paski oznaczają oporność, 4 pasek to mnożnik, 5 tolerancja, 6 wsp temperaturowy. 13/52

14 Oznaczenia rezystorów cyfrowe. Pierwsza i druga cyfra oznaczają wartość rezystancji, trzecia cyfra to wartość wykładnika potęgi liczby 10, rezystancja wyznaczona jest w jednostkach podstawowych (Om). 101=10*10 1 =100Ω 473=47*10 3 =47000Ω=47kΩ 222=22*10 2 =2200Ω=2,2kΩ Zastosowanie litery R między cyframi zastępuje przecinek!!! 8R20=8,2*10 0 =8,2Ω 14/52

15 Użyteczny program do dekodowania rezystorów Dekoder Elektronika 15/52

16 Pomiar rezystancji przy pomocy omomierza (w multimetrze elektronicznym) Ustawiamy pokrętło multimetru na przedział oznaczony symbolem Ω lub podpisany Om, Ohm. Wybieramy szacowany zakres pracy, jeśli nie mamy żadnych informacji o rezystancji wybieramy zakres najwyższy. Sprawdzamy, czy czarny przewód miernika znajduje się w gnieździe oznaczonym COM, czerwony w gnieździe Ω. Przykładamy sondy miernika do wyprowadzeń rezystora. Przy pomiarze dużych rezystancji (>10KΩ) nie należy trzymać obu wyprowadzeń w dłoniach, gdyż ciało w zależności od sytuacji posiada rezystancję w zakresie od 10kΩ do 100kΩ. Sprawdzamy odczyt, jeśli wartość jest niska, a jesteśmy na wysokim zakresie możemy zmienić zakres by otrzymać precyzyjniejsze dane. Jeśli zakres jest zbyt mały, np. mamy ustawiony 200, a mierzymy rezystor o wartości 1kΩ na wyświetlaczu po lewej stronie pojawi się 1. Pomiaru należy dokonywać na elemencie nie połączonym z innymi elementami na płycie PCB gdyż mogą one fałszować wyniki. Nigdy nie należy mierzyć rezystancji na elemencie znajdującym się pod napięciem grozi to uszkodzeniem ustroju pomiarowego multimetru. 16/52

17 Łączenie rezystorów szeregowo i równolegle. Dla szeregowego połączenia n rezystorów można wyliczyć rezystancję wypadkową (opór wypadkowy), R jako sumę rezystancji składowych: 17/52

18 Łączenie rezystorów szeregowo i równolegle. Dla równoległego połączenia n oporników można wyliczyć rezystancję wypadkową (opór wypadkowy), R, który jest mniejszy od najmniejszego oporu składowego: 18/52

19 Prawo Ohma Prawo Ohma napięcie U mierzone na końcach przewodnika o oporze R jest proporcjonalne do iloczynu natężenia prądu płynącego przez ten przewodnik I oraz wartości rezystancji tego przewodnika R. Wyraża się wzorem: U=I*R Po transformacji do postaci: R=U/I mamy narzędzie do wyznaczania wartości rezystancji rezystora w obwodzie, jeżeli znamy spadek napięcia na nim oraz wartość prądu jaka będzie przez niego przepływała. 19/52

20 I i II prawo Kirchhoffa I prawo : Suma natężeń prądów wpływających do węzła jest równa sumie natężeń prądów wy pływających z tego węzła. I 1 +I 2 +I 5 =I 3 +I 4 II prawo: Suma spadków napięć w zamkniętym obwodzie elektrycznym równa jest 0. U 1 +U 2 =U 20/52

21 Zastosowanie praktyczne prawa Ohma i praw Kirchhoffa. Posiadamy dwie diody elektroluminescencyjne (LED) połączone szeregowo, oraz źródło zasilania w postaci baterii o napięciu znamionowym 12V. Jakiej wartości rezystor podłączyć szeregowo by diody świeciły z maksymalną jasnością, jeżeli wiemy, że znamionowy prąd diody to 20mA, a napięcie pracy to 2,2V? 21/52

22 Z II prawa Kirchhoffa: U=Ur+U1+U2 Ur=U-U1-U2 Ur=12-2,2-2,2=7,6V Z I prawa Kirchhoffa: ponieważ nie ma tu węzłów, a jest tylko oczko to wiadomo, że prąd płynący przez cały obwód równy jest prądowi płynącemu przez LEDa, zatem I=20mA. Z prawa Ohma R=Ur/I R=(7,6/20)*1000=380Ω Rezystora o takiej wartości w popularnych szeregach E12 i E24 nie znajdziemy. Najbliższa wartość to R=390Ω. Zważywszy na 10% rozrzut dokładności rezystor ten może mieć wartość w zakresie Ω! 22/52

23 Przypadek 2 Ledy połączone równolegle. Wiemy, że spadek napięcia na każdej z diod wynosi 2,2V. Diody te są połączone równolegle dlatego też U1=2,2V. Z I prawa Kirchhoffa: Suma prądów wypływających z węzła równa jest 2x20mA=40mA, dlatego tyle wyniesie prąd I. Z II prawa Kirchhoffa: Ur=U-U1=12-2,2=9,8V R=Ur/I=(9,8/40)*1000=245Ω (240Ω), P=Ur*I=9,8*40*0,001=0,398W 23/52

24 Dzielnik rezystancyjny (dzielnik napięcia) 24/52

25 Potencjometr rezystor nastawny dzielnik napięcia. 25/52

26 26/52

27 Inne elementy o charakterze rezystancyjnym. Fotorezystor- element zmieniający swoją rezystancje wraz ze zmianą natężenia światła padającego na niego. 27/52

28 Inne elementy o charakterze rezystancyjnym. Termistor element zmieniający swoją rezystancje wraz z temperaturą. NTC o ujemnym współczynniku temperaturowym (ang. negative temperature coefficient) wzrost temperatury powoduje zmniejszanie się rezystancji; PTC (pozystor) o dodatnim współczynniku temperaturowym (ang. positive temperature coefficient), wzrost temperatury powoduje wzrost rezystancji; CTR o skokowej zmianie rezystancji (ang. critical temperature resistor) wzrost temperatury powyżej określonej powoduje gwałtowną zmianę wzrost/spadek rezystancji. W termistorach polimerowych następuje szybki wzrost rezystancji (bezpieczniki polimerowe), a w ceramicznych, zawierających związki baru, spadek. (Wiki) 28/52

29 Zastosowanie rezystorów Ograniczanie prądu Pomiar prądu poprzez pomiar spadku napięcia na rezystorze Podział napięcia (np. regulacja głośności) Reakcja na czynniki otoczenia (światło, temperatura) Element grzejny 29/52

30 Elementy pasywne (bierne) Elementy rezystancyjne Elementy pojemnościowe Elementy indukcyjne 30/52

31 Kondensator - jest to element elektryczny (elektroniczny), zbudowany z dwóch przewodników (okładek) rozdzielonych dielektrykiem. Podstawowe parametry: Pojemność: zdolność kondensatora do gromadzenia ładunku. Pojemność C wyrażana jest w Faradach [F], jednak najczęściej stosuje się jednostki dużo mniejsze pikofarady [pf] F, nanofarady [nf] F, mikrofarady [µf] F. Napięcie znamionowe: wartość napięcia stałego, które może być długotrwale przyłożone do zacisków kondensatora bez ryzyka uszkodzenia. Wyrażone jest w woltach [V]. Nieznaczne i krótkotrwałe przekroczenie tego parametru zazwyczaj nie powoduje uszkodzeń kondensatorów. 31/52

32 Typy kondensatorów Kondensator ceramiczny wykonany z porowatej struktury ceramicznej pokrytej różnymi tlenkami produkowany w pojemnościach w zakresie 0,1pF do 10µF w zależności od typu szeroko stosowany w technice wysokich częstotliwości, do filtrowania oraz odprzęgania. 32/52

33 Typy kondensatorów Kondensator elektrolityczny okładziny kondensatora wykonane z taśmy aluminiowej oraz taśmy papierowej nasączonej elektrolitem taśma aluminiowa jest pokryta warstwą tlenku glinu (dielektryk) są spolaryzowane (posiadają biegun dodatni i ujemny) odwrotne podłączenie może spowodować nieodwracalne uszkodzenie kondensatora produkowany w pojemnościach z zakresu od 100 nf do 1 F stosowany w obwodach zasilania jako element filtrujący tętnienia, magazynujący energię oraz jako kondensatory sprzęgające i blokujące w technice małych częstotliwości. 33/52

34 Typy kondensatorów Kondensator foliowy wykonany w postaci dwóch wstęg folii aluminiowej oddzielonych foliowym dielektrykiem lub w postaci napylonej warstwy metalu na folię i zwinięty. możemy wyróżnić następujące typy: - polistyrenowe KSF,KS,- poliestrowe MKSE,MKT, - poliwęglanowi MKC, produkowane w zakresach pojemności 10pF do 100 µf w zależności od typu stosowane w powszechnej elektronice w zakresie małych i średnich częstotliwości, w obwodach RC generatorów i filtrów. 34/52

35 Oznaczenia kondensatorów Kondensator elektrolityczny (spolaryzowany). Kondensator nie spolaryzowany (ceramiczny, foliowy, tantalowy). Kondensator nastawny (trymer). 35/52

36 Kondensator nastawny o dielektryku powietrznym stosowany w starych odbiornikach radiowych. 36/52

37 Łączenie kondensatorów Dla połączenia równoległego kondensatorów wypadkowa pojemność jest sumą składowych pojemności: Dla połączenia szeregowego kondensatorów wypadkowa pojemność jest mniejsza niż najmniejsza ze składowych pojemności: 37/52

38 Oznaczenia kondensatorów Kondensatory elektrolityczne oznaczone są najczęściej w sposób opisowy µF/63V/105 C Kondensatory ceramiczne oznaczone są kodem cyfrowym. Pierwsze dwie cyfry oznaczają pojemność, trzecia jest wykładnikiem potęgi liczby 10. Wartość pojemności podana jest w pikofaradach. 104=10*10 4 =100000pF=100nF 223=22*10 3 =22000pF=22nF 38/52

39 Stosowane są również oznaczenia cyfrowo-literowe np. 39/52

40 Zastosowania kondensatorów: magazynowanie energii elektrycznej filtracja tętnień w układach zasilania odprzęganie sygnałów łagodzenie szpilek napięciowych generatory RC, LC, LRC filtry górno-przepustowe (dolno-zaporowe). 40/52

41 Elementy pasywne (bierne) Elementy rezystancyjne Elementy pojemnościowe Elementy indukcyjne 41/52

42 Cewka - składa się z pewnej liczby zwojów przewodnika nawiniętych np. na powierzchni walca (cewka cylindryczna), na powierzchni pierścienia (cewka toroidalna) lub na płaszczyźnie (cewka spiralna lub płaska). Wewnątrz lub na zewnątrz zwojów może znajdować się rdzeń z materiału magnetycznego, diamagnetycznego lub ferromagnetycznego. 42/52

43 Dławik - cewka indukcyjna z rdzeniem magnetycznym lub rzadziej bez rdzenia (powietrzna), zapobiegająca nagłym zmianom natężenia prądu elektrycznego lub służąca do ograniczenia prądu przemiennego bez strat mocy, jakie występowałyby gdyby elementem ograniczającym była rezystancja. 43/52

44 Parametry Z pośród kilku parametrów najbardziej istotnym dla nas jest indukcyjność L wyrażana w Henrach [H]- jednostka podstawowa. Symbole cewki (dławika) 44/52

45 Cewki i dławiki. Dławik osiowy. Dławik z rdzeniem szpulowym. 45/52

46 Cewki i dławiki. Dławiki z rdzeniami ferrytowymi typu U. Dławiki SMD. 46/52

47 Oznaczenia dławików. Przy dławikach oznaczonych kolorowymi paskami postępujemy tak samo jak z rezystorami, z tą różnicą, że jednostką podstawową jest µh a nie Ω. Dla kolorów: brązowy, zielony, czerwony, srebrny mamy: 15*10 2 µh=1500µh=1,5mh tolerancja 10% 47/52

48 Zastosowanie cewek i dławików: Jako element inercyjny gromadzący energię w polu magnetycznym Wygładzanie przebiegu prądu Niezbędny w obwodach rezonansowych Element filtrów przeciwzakłóceniowych Jako statecznik przy zasilaniu świetlówek Niezbędny w przetwornicach impulsowych W sprzężeniu z drugą cewką (transformator) lub sobą (autotransformator) do obniżania/podwyższania napięcia 48/52

49 Inne elementy bierne. Rezonator kwarcowy: przyrząd elektroniczny, którego zasada działania oparta jest na zjawisku piezoelektrycznym w krysztale kwarcu. Przyrząd ma za zadanie stabilizację częstotliwości drgań oscylatorów elektronicznych. Częstotliwości pracy tego typu rezonatorów zawierają się w granicach od kilkudziesięciu khz do kilkudziesięciu MHz, zaś w wykonaniach specjalnych osiągają nawet setki MHz. 49/52

50 Inne elementy bierne. Warystor: półprzewodnikowy podzespół elektroniczny (rezystor), o nieliniowej charakterystyce rezystancji, zależnej od napięcia elektrycznego. Dla małych napięć wykazuje on dużą rezystancję, gdy przekroczy ono pewną wartość, charakterystyczną dla danego typu warystora, jego rezystancja szybko maleje, z początkowych setek kiloomów do zaledwie kilkunastu omów. Warystory stosowane są jako elementy zabezpieczenia odbiorników przed zbyt wysokim napięciem. 50/52

51 Przydatne linki: Program do dekodowania wartości rezystorów Artykuły o rezystorach Sporo informacji o rezystorach i kondensatorach Strona o elektronice R,L,C elektroniczne /52

52 52/52