Elementy elektroniczne w praktyce. Radosław Jarema 2012

Transkrypt

1 Elementy elektroniczne w praktyce Radosław Jarema 2012

2 Plan wykładu 1. Rezystory. 2. Cewki. 3. Kondensatory. 4. Bezpieczniki.

3 Rezystory (oporniki) Zastosowanie: dzielniki napięcia, tłumiki ustalanie punktów pracy elementów aktywnych (tranzystory, diody) czujniki prądu tłumiki przepięć RC (gasiki) obwody RC generatory, filtry rezystory zabezpieczające zamiana prądu w ciepło

4 Rezystory budowa i właściwości Typ rezystora Budowa Zalety Wady Szumy TC Zastosowanie węglowy masowy (objętościowy) lity materiał oporowy zalany w izolatorze mała indukcyjność pasożytnicza, duża odporność na udary prądu kiepska stabilność parametrów, nieprecyzyjne (nie lepsze niż 5%), duży współczynnik napięciowy ( ppm/V) duże ujemny, rzędu ppm/K sprzęt vintage, układy gasikowe

5 Rezystory budowa i właściwości Typ rezystora węglowy warstwowy Budowa Zalety Wady Szumy TC Zastosowanie warstwa węglowa nałożona na ceramiczne podłoże przez zanurzanie, drukowanie lub natrysk niska cena, bardziej precyzyjne od objętościowych, możliwość uzyskania dużych rezystancji wciąż odczuwalny współczynnik napięciowy, większa indukcyjność średnie raczej ujemny, rzędu ppm/k dość szerokie, ale tylko z powodu niskiej ceny

6 Rezystory budowa i właściwości Typ rezystora Budowa Zalety Wady Szumy TC cienkowarstwowy (metalizowany) warstwa oporowa napylona na ceramiczne podłoże, kszałtowanie warstwy metodą fotochemiczną, korekcja laserem precyzyjne (nawet 0,1%), bardzo mała zależność rezystancji od napięcia droższa technologia, mała odporność na przepięcia bardzo małe ppm/k Zastosowanie układy audio, niskoszumne, ogólnego przeznaczenia

7 Rezystory budowa i właściwości Typ rezystora grubowarstwowy Budowa Zalety Wady Szumy TC warstwa oporowa nadrukowana na ceramiczne podłoże, kształtowanie poprzez nacinanie, korekcja laserem dość precyzyjne (nawet 1%), tańsze od cienkowarstwowych gorsze od cienkowarstwowych, zależność rezystancji od napięcia dość duże ppm/k Zastosowanie bardzo szerokie :)

8 Rezystory budowa i właściwości Typ rezystora z folią metalową Budowa Zalety Wady warstwa oporowa w postaci bardzo cienkiej folii metalowej bardzo precyzyjne (nawet 0,005%), mała indukcyjność, małe efekty termoelektryczne, może mieć bardzo małą rezystancję tylko małe rezystancje (do ok. 150k), drogi Szumy TC pomijalne ppm/k Zastosowanie czujniki prądu, układy pomiarowe, wysokie częstotliwości rysunki z Basics of Linear Fixed Resistors, Application Note, Vishay

9 Rezystory budowa i właściwości Typ rezystora drutowy Budowa Zalety Wady Szumy TC drut oporowy nawinięty na ceramiczny rdzeń duża maksymalna moc i temperatura pracy, niskie szumy, precyzyjne, odporne na przeciążenia duża indukcyjność pasożytnicza, duży koszt, duże rozmiary pomijalne ppm/k Zastosowanie układy dużej mocy

10 Thick Film Chip Resistors, Panasonic, 2008 Rezystory SMD - budowa

11 Rezystory SMD obudowy i moc Obudowa Rozmiar [mm] Moc [W] U MAX [V] ,4 0,2 0, ,6 0,3 0, ,0 0,5 0, ,6 0,8 0, ,0 1,25 0, ,2 1,6 0, ,2 2,5 0, ,5 3,2 0, ,0 2,5 0, ,4 3,

12 Rezystory SMD obudowy

13 Rezystory SMD - właściwości rysunki z Resistors in Microwave Applications, Application Note AP0010 Resistive Products, Vishay

14 Rezystory SMD - właściwości Resistors in Microwave Applications, Application Note AP0010 Resistive Products, Vishay

15 Rezystory czujniki prądu Mammano B., Current Sensing Solutions for Power Supply Designers Texas Instruments Incorporated 2001

16 Rezystory gasiki Borkowski A., mgr inż., Zasilanie urządzeń elektronicznych, WKiŁ Warszawa 1990

17 Rezystory przykład R8 150k 0,25W R11 pot. cermet 500R 0,5W R17 8R2 2W R18 drutowy 0R22 4W

18 Cewka a dławik - zastosowanie obwody rezonansowe LC lub RLC we wzmacniaczach i generatorach filtry w.cz. obwody dopasowujące w.cz. przetwornice głośniki, mikrofony zwrotnice audio anteny cewka dławik tłumienie zaburzeń/zakłóceń filtracja tętnień stateczniki świetlówek separacja składowej zmiennej

19 Na co zwracać uwagę? indukcyjność dobroć przeważnie duża tolerancja cewka prąd maksymalny często nieistotny zakres częstotliwości pracy częstotliwość rezonansowa maksymalne napięcie pracy dławik indukcyjność prąd maksymalny rezystancja dobroć przeważnie mała częstotliwość rezonansowa maksymalne napięcie pracy zwojnica, solenoid, induktor

20 Niepożądane efekty w cewkach straty w rezystancji efekt naskórkowy efekt zbliżeniowy straty w rdzeniu - prądy wirowe pojemność pasożytnicza nasycanie się rdzenia powoduje nieliniowość sprzężenia magnetyczne ważne przy obwodach z wieloma cewkami przegrzanie punkt Curie zewnętrzne pola magnetyczne pomaga ekranowanie i odpowiednia orientacja cewek

21 Cewki SMD zdjęcia zapożyczone z Inductors Instructional Guide, Vishay Technology, Inc.

22 Cewki do większych prądów zdjęcia zapożyczone z Inductors Instructional Guide, Vishay Technology, Inc.

23 Cewki efekt naskórkowy δ 503 ρ f µ r δ - głębokość wnikania, na której gęstość prądu wynosi 1/e prądu płynącego przy powierzchni [m] ρ - rezystywność [Ωm] µ r względna przenikalność magnetyczna f częstotliwość [Hz] Dla miedzi: δ 0,0652 f

24 Kondensatory Zastosowanie: filtry LC, RC obwody rezonansowe LC, VCO sprzęgające i odsprzęgające przeciwzakłóceniowe gromadzenie energii przetwornice wygładzanie napięcia stałego układy czasowe lampy błyskowe rozruchowe kompensacja mocy biernej

25 Rodzaje kondensatorów Typ kondensatora Budowa Zakres pojemności Zakres napięć ceramiczny ceramika typu 1 (NP0, C0G) płaskie elektrody rozdzielone dielektrykiem ceramicznym 0,5-560pF (jednowarstwowe) 10pF 100nF (wielowarstw.) 5V...5kV i więcej Zalety Wady Zastosowanie duża dobroć, mała indukcyjność, odporność na duże temperatury, stabilne, brak starzenia, napięcie nie wpływa na pojemność mała pojemność z powodu niskiej przenikalności elektrycznej układy w.cz., VCO, wysokonapięciowe

26 Rodzaje kondensatorów Typ kondensatora Budowa Zakres pojemności Zakres napięć ceramiczny ceramika typu 2 lub 3 płaskie elektrody rozdzielone dielektrykiem ceramicznym 10pF...100µF 5V...5kV Zalety Wady Zastosowanie duża pojemność na jednostkę objętości, niska cena, mała indukcyjność duże zmiany pojemności pod wpływem temperatury, starzenia, napięcia, drgań blokowanie zasilania układów impulsowych, inne mało krytyczne zastosowania

27 Kondensatory ceramiczne 0ºC -60ºC 40ºC 90ºC -40% -80%

28 Kondensatory ceramiczne

29 Kondensatory ceramiczne SMD TDK Multilayer Ceramic Chip Capacitors Application Manual Understanding Ceramic Capacitor Terminations John Maxwell, Director of Product Development, Johanson Dielectrics, Inc. rozmiary obudowy podobne jak rezystorów, ale często są od nich wyższe, często mają nietypowy rozmiar

30 Kondensatory ceramiczne SMD Basics of Ceramic Chip Capacitors MLCC - Multilayer Ceramic Chip Capacitor

31 Kondensatory ceramiczne SMD Basics of Ceramic Chip Capacitors

32 Rodzaje kondensatorów Typ kondensatora Budowa Zakres pojemności Zakres napięć Zalety Wady Zastosowanie mikowy płaskie elektrody rozdzielone płytką z miki 0,5pF...100nF 50V V wsp. temp. i dobroć porównywalna z najlepszymi ceramicznymi i foliowymi, ESR nawet 100MHz duże wymiary, wysoka cena układy o dużej stabilności temp. i w.cz. Types MC and MCN Multilayer RF Capacitors, CDE Cornell Dubilier

33 Rodzaje kondensatorów Typ kondensatora Budowa Zakres pojemności Zakres napięć papierowy zwijka z folii aluminiowej i impregnowanego papieru 100pF...10µF 100V...25kV Zalety Wady Zastosowanie wysokonapięciowe, chwilowo wytrzymują napięcia dużo wyższe od znamionowego, małe ryzyko zapłonu duże wymiary, wysoka cena kondensatory przeciwzakłóceniowe, wysokonapięciowe

34 Rodzaje kondensatorów Typ kondensatora Budowa Zakres pojemności Zakres napięć Zalety Wady Zastosowanie foliowy, foliowy metalizowany zwijka z folii metalowej i folii z tworzywa sztucznego 10pF...100µF tolerancja 2%... 20% 25V V małe straty, niezła dokładność, wersje metalizowane są samonaprawialne dość duże i drogie audio, układy impulsowe, precyzyjne Dielektryk polistyren polipropylen poliester poliwęglan TC [ppm/k] DF [%] 0, ,1 0, ,1 0, , ,3 Tmax [ºC] Oznaczenie KSF, KS MKP, MKS MKT, MKSE MKC

35 Rodzaje kondensatorów Typ kondensatora Budowa Zakres pojemności Zakres napięć Zalety Wady Zastosowanie elektrolityczny aluminiowy zwijka ze specjalnie trawionej folii aluminiowej i bibuły nasączanej elektrolitem 0,1µF... 0,5F tolerancja +-20%, -10/+70% 6,3V V bardzo duża pojemność przy niewielkich wymiarach, niska cena duże ESR, ESL, często niska trwałość, polaryzowany (z wyjątkami), mała dokładność układy zasilające

36 Kondensatory elektrolityczne

37 Kondensatory elektrolityczne

38 Kondensatory elektrolityczne i ich właściwości Maksymalna temperatura pracy: 85ºC, 105ºC, 125ºC Żywotność: h dla temperatury maksymalnej, obniżenie temperatury o każde 10ºC wydłuża dwukrotnie czas pracy Efekt pamiętania napięcia Możliwość przeformowania Ograniczony nie tylko maksymalny prąd zmienny, ale i napięcie zmienne Napięcie wsteczne nie przekraczać 1,5V Długo przechowywane, nieużywane kondensatory, zaleca się ponownie formować Aluminiowa puszka nie traktować jej jako NC

39 Aluminum Electrolytic Capacitor Application Guide, Dlaczego często łączymy 100uF + 100nF + 10nF +...? Chip Monolithic Ceramic Capacitors,

40 Rodzaje kondensatorów Typ kondensatora Budowa Zakres pojemności Zakres napięć Zalety Wady Zastosowanie elektrolityczny aluminiowy polimerowy anoda folia aluminiowa katoda przewodzący polimer 2,2µF µF 2,5V... 25V bardzo duża pojemność przy niewielkich wymiarach, duża trwałość, niskie ESR i ESL polaryzowany, mała dokładność układy zasilające

41 Rodzaje kondensatorów Typ kondensatora Budowa Zakres pojemności Zakres napięć Zalety Wady Zastosowanie elektrolityczny tantalowy anoda folia aluminiowa katoda przewodzący polimer 0,1µF µF 4V V bardzo duża pojemność przy niewielkich wymiarach, dość niskie ESR i ESL bardzo wrażliwy na zmianę polaryzacji, drogi układy zasilające

42 Rodzaje kondensatorów Application Guide, Solid Polymer Aluminum SMT Capacitors, CDE Cornell Dubilier

43 Rodzaje kondensatorów Typ kondensatora Budowa Zakres pojemności Zakres napięć Zalety Wady Zastosowanie dwuwarstwowy (supercap, goldcap) patrz rysunek obok 10mF... 22F lub więcej do ok. 1,2V na komórkę, w sprzedaży są wykonania nawet do 16V bardzo duża pojemność, mała upływność bardzo duże ESR ( Ω), istnieje odmiana supercapów o małym ESR, ale to zupełnie inne konstrukcje układy podtrzymujące zasilanie np. pamięci

44 Rodzaje kondensatorów Typ kondensatora Budowa zmienny (trymer) bardzo różna pF Zakres pojemności Zastosowanie 1pF... 1nF przestrajane obwody rezonansowe, obwody dopasowujące, korekta częstliwości rezonatorów kwarcowych itp. 375/500pF

45 Kondensatory przykład 1

46 Kondensatory przykład 2 AN-4137SC, Fairchild Semiconductor

47 Bezpieczniki podstawowe fakty bezpiecznik chroni przed pożarem lub rozległymi uszkodzeniami półprzewodniki przepalają się szybciej Jeżeli myślicie, że 1A bezpiecznik przepali się, gdy prąd przekroczy 1A, to znaczy, że nie macie pojęcia o bezpiecznikach Ian Sinclair, Passive Components a User s Guide maksymalne napięcie pracy bezpiecznika dotyczy napięcia obwodu otwartego po przepaleniu jeżeli mamy wybór, dajemy bezpiecznik po stronie prądu przemiennego nie wszystkich bezpieczników to dotyczy bezpieczniki mają istotną rezystancję warto stosować inne zabezpieczenia, jeśli można istnieją bezpieczniki wielokrotnego użytku - PTC

48 Bezpieczniki Surface Mount Fuse, 1.6 x 0.8 mm, Super-Quick- Acting FF, 32 VAC, 63 VDC Schurter Electronic Components 5 20 mm, Fast-Acting Littelfuse, Inc.

49 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ

50 Bibliografia Pease Robert A., Projektowanie układów analogowych, Wydawnictwo BTC, Elektronika dla Wszystkich, Wydawnictwo AVT, EPCOS AG, Film capacitors typical applications, Panasonic, Thick Film Chip Resistors, 2008 Vishay, Basics of Linear Fixed Resistors, 2008 Borkowski A., mgr inż., Zasilanie urządzeń elektronicznych, WKiŁ Warszawa Mammano B., Current Sensing Solutions for Power Supply Designers Texas Instruments Incorporated 2001 Vishay Technology, Inc., Inductors Instructional Guide

51 Bibliografia Informacja o produktach Nieco teorii z katalogu ELFA, ELFA AB Application Guide, Aluminum Electrolytic Capacitors, CORNELL DUBILIER ALUMINUM ELECTROLYTIC CAPACITORS, Teapo Electronic Corporation