ELEKTRONSKE KOMPONENTEProblematika konstruisanja i primene komponenata elektronskih ureaja pedstavlja znaajnu granu iji kontinuirani razvoj karakterie stalni tehnoloki napredak u procesu proizvodnje komponenata i nove topologije elektronskih kola. Uticaj svojstava komponenata na ukupne performanse elektronskog kola kao i zahtevi koje kola nameu u pogledu svojstava komponenata meusobno se prepliu.
Ovu problematiku pokrivaju kroz predmet Elektronske komponente. Materijal iz ovog rada je koristan svima koji se bave ovom problematikom u praksi. Ovaj materijal, koji obuhvata oblast otpornike, kondezatore, kalemove, diode,tranzistore, pokriva samo deo programa iz predmeta Elektronske komponente.ELEKTRONSKE KOMPONENTEKao i bilo koja druga oblast tehnike, i elektronika je bazirana na osnovnim, za nju specifinim komponentama. Elektronske komponente (e. deo, . lement) su osnovni elektronski elementi sa dve ili vie metalnih elektroda ili ica. mponente se povezuju zajedno, obino icama ili na tampanoj ploici da stvore elektrino kolo (elektronski sklopovi, . krug) sa odreenom funkcijom. Funkcija moe biti pojaanje signala, prekidanje, oscilator i drugo. stvarivanje veze se praktino izvodi lemljenjem, nanoenjem kontakata u vakumu, ianim motanjim vezama (ng. wire-wrap) i sl.
Osnovni cilj je smanjivanje dimenzija komponenata, sve do nivoa molekula, pa, ak, i atoma. Elektronika bazirana na takvim komponentama ve sada se zove molekularna elektronika. Pored znatno veeg stepena integracije, odnosno izuzetno veeg broja komponenata po ipu, smanjivanje dimenzija komponenata dovee do daljeg poveanja brzine njihovog rada. Postojei materijali bie zamenjeni drugim, tako da e i principi rada sadanjih komponenata biti drugaiji. Na slici prikazano je kako su se tokom godina smanjivale dimenzije (konkretno duina) komponenata.Smanjivanje dimenzija komponenata tokom
Smanjivanje dimenzija komponenata tokom godina i predvianje do 2020. godineRadi boljeg pregleda komponente se dele na pasivne i aktivne.
Atribut aktivan se odomaio jer su aktivne komponente sposobne za pojaanje i prekidanje signala, dok pasivne komponente imaju drugu primenu (slabljenje, filtracija, ogranienje, podeavanje itd.).
Praksa ponekad odstupa od navedenog principa. Ranije su se pod aktivnim komponentama podrazumevale elektronske cevi, dok danas tu ubrajamo sve poluprovodnike komponente, ak i da nemaju efekat pojaanja ili prekidanja. Ima i suprotnih primera.1. PASIVNE KOMPONETEU pasivne komponete se danas ubrajaju sve komponente koje nisu na bazi poluprovodnika.
Pasivne komponente se redovno mogu opisati sa malim brojem parametara. Proraunu i izboru treba posvetiti adekvatnu panju jer pouzdanost i primenjivost nekog ureaja u velikoj meri zavisi od njih.
U inenjerskoj praksi proraun, izbor, nabavka i ugradnja pasivnih komponeti se ne moe smatrati za drugorazredni zadatak.
U skladu sa ovim pricipima daje se kratak opis komponeti. Kod svih komponenata je naglasak na praktinim aspektima (grafiki simbol, struktura, karakteristike, modeli, tipovi, kuita). Elektronske komponente1.1. Otpornik (engl. resistor) j pasivna lktronska komponenta s dva izvoda (dnim pristupom) koja prua otpor struji, stvarajui pritom pad napona izmeu prikljuaka. Pruanje otpora struji kao snovna osobina otpornika pisuje se elektrinim otporom. Prema Omovom zakonu lektrini otpor jednak je padu napona na otporniku podeljen sa jainom struje koja potie kroz tpornik. Drugim recima, tpor je konstanta srazmerna izmeu napona i struje otpornika. tpornik se koristi kao element lektrinih mrea i lktronskih ureaja.Simboli kojima se oznacavaju otpornici
Simboli kojima se oznaavaju otpornici u emama elektronskih kola.Osnovne karakteristike otpornikaGlavne karakteristike otpornika su nazivna otpornost, nazivna snaga i nizovi nazivnih vrednosti otpornosti i klase tanosti i dr.1. Nazivna otpornost. Pod nazivnom otpornou, koja se jo zove i nominalna otpornost,
podrazumeva se otpornost otpornika pri normalnim radnim uslovima. Nazivna otpornost i doputeno odstupanje otpornosti od nazivne vrednosti (tolerancija) najee su oznaeni na samom otporniku.Otpornost otpornika konstantnog preseka povrine S i duine l data je izrazom:

pri emu je p specifina otpornost otpornog materijala, koja se izraava u mm2/m, m ili cm.Otpornost cilindrinog otpornika ija je zapremina od otporne mase prenika D,

S obzirom da kod slojnih otpornika debljina otpornog sloja moe biti veoma mala, esto znatno ispod 1 m, usled ega je specifina otpornost ph takvih slojeva vea od zapreminske specifine otpornosti pv. Stoga se za karakterizaciju tankog otpornog sloja koristi slojna otpornost RS jednaka odnosu specifine otpornosti tankog sloja ph i njegove debljine h:

i izraava se u /(ita se oma po kvadratu).2. Nazivna (nominalna) snaga Pn. To je maksimalna dopustiva snaga koja se razvija na otporniku u toku relativno dugog vremenskog perioda pri neprekidnom optereenju i odreenoj temperaturi okolne sredine, pri emu parametri otpornika ostaju u odreenim granicama. Pri optereenju otpornika snagama koje su iznad nazivne dolazi do razaranja otpornog materijala, ime se smanjuje vek otpornika, ili, ak, do pregorevanja istog. Ova snaga se zasniva na maksimalnoj temperaturi koju ne sme da pree nijedno mesto na otporniku. Nazivna snaga zavisi od dimenzija otpornika i uslova hlaenja, kao i od uslova eksploatacije. Ovom snagom odreena je i maksimalna vrednost struje kroz otpornik:

Vrednosti nazivnih snaga odreene su standardom. Nain obeleavanja nazivnih snaga otpornika snage od 0,25 W do 2 W i dimenzije pojedinih otpornika zavisno od njihove nazivne snage.3. Nazivne vrednosti otpornosti i klase tanosti. Svrstavanje otpornika stalne otpornosti u grupe sa tano utvrenim vrednostima otpornosti, kao i zbog uniformnosti u proizvodnji i korienju otpornika, koriste se nizovi nazivnih (nominalnih) vrednosti otpornosti, koje je ustanovila Meunarodna elektrotehnika komisija. Ovi nizovi se oznaavaju slovom E. Tako, postoje nizovi E6, E12, E24...E192 i kazuju da u navedenim nizovima respektivno ima u jednom redu veliine 6, 12, 24...192 nazivnih vrednosti otpornosti, odnosno kapacitivnosti. Nizovi su dobijeni zaokrugljivanjem vrednosti koje slede iz 10n/q, pri emu je n ceo pozitivan ili negativan broj, a q = 6, 12, 24. ...192 (npr. niz E12 se dobija iz 10n/12). Numerike vrednosti navedene pomnoene sa 10m (m = 0, 1, 2, 3...) ine nizove otpornika ije su otpornosti izraene u .

U procesu proizvodnje komponenata dobijaju se i komponente kod kojih postoji odstupanje otpornosti, od nazivne vrednosti. Maksimalno dozvoljeno odstupanje otpornosti, od nazivne vrednosti, tj. =Nimax/Ni odreeno je klasom tanosti, odnosno tolerancijom. Tolerancija se obino izraava u procentima. Za otpornike opte namene propisane su tolerancije: 0,1%,0,25%,
0,5%, 1%, 2%, 5%, 10% i 20%.
Otpornik mora sadrati sledee podatke: nazivnu otpornost (u , k,ili M), toleranciju nazivne otpornosti, nazivnu snagu (u W), granini napon (u V), itd. Ovi podaci se na otporniku naznauju datim redosledom, a ako na telu otpornika nema mesta za sve podatke, onda prvenstvo imaju oznake po nabrojanom redosledu.
Vrednosti nazivnih otpornosti, kao i tolerancija te otpornosti, nanose se na telo otpornika ispisivanjem cifara i slova, ili boja. Otpornost ip otpornika obino se oznaava pomou tri cifre; trea cifra kazuje koliko nula ima iza prve i druge cifre. Na primer: 220 221; 47 470; 5600 562.

Oznaavanje bojama, sa napomenom da oznaavanje poinje prvom bojom (odnosno trakom) koja je blia jednom (levom) kraju otpornika. Oznakom sa etiri trake oznaavaju se otpornici sa dvocifrenom osnovnom vrednou otpornosti i sledeim vrednostima tolerancije otpornosti: 1%, 2%, 5%, 10% i 20%. Sa pet traka oznaavaju se otpornici koji imaju trocifrenu osnovnu vrednost otpornosti, sa tolerancijom otpornosti 0,1%, 0,25%, 0,5%, 1% i 2%. Znai, oznaavanje otpornika sa tolerancijama otpornosti 1% i 2% moe biti i sa etiri boje i sa pet boja.
Otpornik Pod dejstvom razliitih spoljanjih uticaja, kao to su toplota (hladnoa), vlanost, pritisak, potresi, radijacija, itd., parametri otpornika su podloni promenama, tj. mogu imati ili nemati prvobitnu vrednost.4. Temperaturna stabilnost otpornosti. Promene otpornosti otpornika pri porastu temperature karakteriu se temperaturnim koeficijentom otpornosti R, koji je jednak relativnoj promeni otpornosti pri promeni temperature: R=1/R (dR/ dT) Temperaturni koeficijent otpornosti, koji zavisi i od same vrednosti otpornosti, kod nenamotanih otpornika ima vrednosti R =(110)10-4 1/oc,a kod namotanih otpornika R =(02)10-4/oc.
Za opseg radnih temperatura T otpornost otpornika stalne otpornosti na nekoj temperaturi T vrlo priblino jednaka je:R =Ro(1 R T)pri emu je Ro otpornost otpornika pri temperaturi To, a T = T -To. Dugotrajno dejstvo poviene temperature moe dovesti do nepovratnih promena otpornosti ili oteenja otpornika, a ove promene posebno su izraene kod nenamotanih otpornika.5. Vlanost. Otpornost otpornika moe biti izmenjena u sluaju da je on pod uticajem vlage. Ova promena otpornosti nastupa zbog toga to se usled vlane povrine otpornika stvara provodni most, te se antira otpornik (ova pojava je izraenija kod otpornika velike otpornosti), ili se usled oksidacije i elektrohemijskih procesa razara otporni sloj otpornika. Zbog toga se vri zatita povrine otpornika kvalitetnim lakovima, emajlima ili, pak, ulaganjem u plastine mase. Na taj nain se, pored zatite od vlage, otporni sloj titi i od mehanikih povreda. Savremeni otpornici mogu raditi u sredinama sa relativnom vlanou i do 98%.6. Elektrino optereenje. Za razliku od metalnih provodnika, otpornost nenamotanih otpornika ne ostaje konstantna kada su oni prikljueni na odreeni napon. Naime, ak i pri neznatno malom porastu napona na njemu, otpornost toga otpornika poinje da opada, a sama pojava ima nelinearan karakter. Nelinearnost otpornosti otpornika sa zrnastom strukturom uslovljena je promenom provodnosti kontakata izmeu estica, to je posledica neravnomernog zagrevanja istih. Kod kompozitnih otpornika sa vrlo grubom krupnozrnastom strukturom moe doi do lokalnog stapanja zrnaca, usled ega se menja otpornost otpornika; kod isto metalnih slojeva se ne primeuje nelinearnost otpornosti.
Kao mera nelinearnosti otpornosti je naponski koeficijent otpornosti. Ovaj koeficijent, ija je vrednost negativna, oznaava promenu otpornosti otpornika kada se na njega prikljui napon V i jednak je:Naponski koeficijent otpornosti7. umovi. U otpornicima su od znaaja dve vrste umova: termiki i strujni. Termiki ili Donsonov um je posledica termike fluktuacije nosilaca naelektrisanja i nezavisan je od vrste materijala od koga je izraen otpornik. Napon ovoga uma Vter se rauna na osnovu:Napon Donsonovog suma8. Frekventna svojstva otpornika .Otpornik, kao i svaka druga komponenta, poseduje reaktivne parazitne elemente, u ovom sluaju parazitnu induktivnost LP i parazitnu kapacitivnost cP. Na frekvencijama na kojima se uticaj reaktivnih elemenata moe zanemariti, a to su niske frekvencije, otpornost otpornika se moe smatrati aktivnom. Meutim, na visokim frekvencijama, pored aktivne komponente otpornosti postoji i reaktivni deo, tj. otpornik se ponaa kao impedansa. Uzimajui aktivne i reaktivne elemente, uticaj frekvencije na karakteristike otpornika moe se razmatrati na osnovu uproenih ekvivalentnih emaFrekventna svojstva otpornika Kod otpornika velike otpornosti, kod kojih je R2 > Lp/cp, moe se zanemariti induktivnost otpornika i ekvivalentna ema je predstavljena paralelnom vezom Rn i cp, tako da je aktivna komponenta kompleksne otpornosti jednaka:R a =R n/(1+ c p R n)2 pri emu je Rn nazivna otpornost otpornika. Vidi da se pri malim vrednostima cpRn aktivna komponenta Ra malo razlikuje od Rn.Grupe otpornika:
U svakodnevnoj praksi delimo na tri osnovne grupe otpornika, to su:
otpornici stalne otpornosti -ugljenini otpornici, metalslojni otpornici, slojni kompozitni otpornici, maseni kompozitni otpornici, ip otpornici, otporniki moduli (otpornike mree),
otpornici promenljive otpornosti (potenciometri) ,regulacioni otpornici (trimeri) i nelinearni otpornici (otpornici sa nelinearnom promenom otpornosti) - NTc otpornici, PTc otpornici (pozistori), varistori, fotootpornici.
Ako se dele po konstrukciji, otpornici mogu biti slojni, od mase i iani. U zavisnosti od namene dele se na otpornike opte i posebne namene.
U otpornike opte namene spadaju otpornici od kojih se ne trae povieni zahtevi u odnosu na tanost njihove proizvodnje i stabilnost njihovih karakteristika pri eksploataciji. Oni se koriste u razliitim oblastima elektronike (najvie u ureajima iroke potronje).
U otpornike posebne namene spadaju visokoomski, visokofrekventni, otpornici poviene stabilnosti (precizni i poluprecizni) i neki drugi tipovi otpornika sa posebnim zahtevima.Otpornici stalne otpornosti
Konstrukcija otpornika je uslovljena njegovom primenom, tipom otpornog materijala i za veinu otpornika je relativno prosta. Na slici su prikazani nenamotani otpornici sa izvodima, kao i otpornici za povrinsku montau (SMD) i razliite kombinacije otpornika konstantne otpornosti, poznate pod nazivom otporniki moduli (otpornike mree).Izgled nenamotanih otpornika Spoljanji izgled nenamotanih otpornika sa izvodima konstantne otpornostiOtpornici za povrinsku montau (SMD) i otporniki moduliOtpornici promenljive otpornosti
Potenciometri su takvi otpornici kod kojih, pored krajnjih izvoda, postoji i jedan klizni kontakt (kliza). Aktivni materijal je i u ovom sluaju tanak sloj grafita, metala ili je otporna ica.
Kliza se moe pomerati po aktivnom sloju po elji. Na ovaj nain se ostvaruje promenljiva otpornost ili promeljiva podela napona. Pomeranje klizaa se ostvaruje okretanjem osovine ili pravolinijskim pomeranjem odreene ruke.
Promena otpornosti je obino srazmerna sa veliinom pomeraja klizaa (linearni potenciometri) ali moe postojati i logaritamska zavisnost (logaritamski potenciometri). U sluaju da se pomeranje klizaa vri sa alatom, govorimo o trimer potenciometrima.
Najvaniji podaci za potenciometre su otpornost, maksimalna snaga i maksimalni ugao okretanja. Veina potenciometara se moe okretati neto manje od punog kruga (na pr. 330o).
Postoje meutim i potenciometri sa vie okretaja, kod njih osovina se moe okretati na pr. za tri ili deset krugova. Potenciometri sa vie okretaja su skupi i koriste se samo u sluaju posebno preciznih podeavanja.Simboli kojima se oznacavaju potenciometri
Simboli kojima se oznaavaju potenciometri u emama elektronskih kolaSpoljanji izgled nekih vieokretnih potenciometara
Spoljanji izgled nekih vieokretnih (helikoidalnih) potenciometaraTrimeri se koriste u kolima kada otpornost treba tano odrediti u toku njihovog podeavanja i koju ne treba esto menjati u toku eksploatacije. Po konstrukciji se ne razlikuju mnogo od standardnih potenciometara, sem to su manjih dimenzija i, kao i oni, mogu biti jednookretni i vieokretni, sa nenamotanim (ugljeninim, kermetnim) ili namotanim otpornim elementom.Regulacioni otpornici
Regulacioni otpornici (trimeri) Otpornici sa nelnearnom promenom otpornosti
Karakteristike ovih otpornika nisu linearne funkcije promene otpornosti sa
uzrokom promene otpornosti, to se ovi otpornici zajednikim imenom zovu nelinearni otpornici.Osnovni tipovi nelinearnih otpornika
Osnovni tipovi nelinearnih otpornikaKada se otpornost otpornika menja sa temperaturom, takvi otpornici se zovu termistori. Razlikuju se dve osnovne vrste termistora: sa negativnim temperaturnim koeficijentom otpornosti (NTc otpornici) i sa pozitivnim temperaturnim koeficijentom otpornosti (PTc otpornici, ili kako se jo zovu, pozistori). Otpornici kod kojih se otpornost nelinearno menja pod uticajem elektrinog polja zovu se varistori ili VDR otpornici, a oni koji menjaju otpornost pod uticajem svetlosti jesu fotootpornici.1.2. Kondezatori (engl. capacitors) su elektronske komponente koje u svom unutranjem elektrinom polju mogu da akumuliraju znaajnu energiju. Energija se akumulira u izolacionom sloju (dielektrik) izmeu dve metalne povrine kada na te metale povrine nanesemo elektricitet suprotnog polariteta. Pri tome se pojavljuje potencijalna razlika izmeu metalnih povrina to se moe izmeriti na izvodima koji se prikljuuju na te metalne povrine.
Problematika konstrukcije kondenzatora uglavnom je bila bazirana na analizi geometrijiske strukture koja dozvoljava realizaciju traene kapacitivnosti. Ovaj problem pogotovo je od znaaja u realizaciji promenljivih kondenzatora kod kojih se zahteva da realizuju odredjenu analitiku funkciju u zavisnosti od poloaja mehanikog pozicionera.
Razvoj tehnologije materijala omoguio je da se itav spektar vetakih materijala moe koristiti za konstrukciju ime znaaj geometrije tela kondenzatora znaajno umanjen. Danas su na raspolaganju kondenzatori u opsegu od nekoliko pF do F u istom kuitu i veoma slinih performansi.
Savremena tehnologija konstruisanja integrisanih elektronskih kola omoguava i realizaciju kondenzatora na cMOS kompatibilnoj tehnologiji. Isto kao i sa integrisanim otpornicima, problem predstavlja realizacija velikih vrednosti kapaciteta Simboli kojima se oznacavaju kondenzatori
Simboli kojima se oznaavaju kondenzatori u emama elektronskih kolaOsnovne karakteristike kondenzatoraOsnovna veliina kondenzatora je njegova elektrina kapacitivnost c, koja je odreena odnosom koliine naelektrisanja Q i napona V( U) na oblogama kondenzatora: c = Q /V.Akumulisana energija se moe izraunati po formuli: W=cV2/21. Nazivna kapacitivnost je kapacitivnost pri normalnim radnim uslovima i oznaena je na samom kondenzatoru. Nazivne kapacitivnosti kondenzatora sa dozvoljenim tolerancijama biraju se iz nizova E6, E12... Kapacitivnost se izraava u faradima (F). Meutim, s obzirom da je farad vrlo velika jedinica, kapacitivnost se obino izraava u mikrofaradima (F), nanofaradima (nF) i pikofaradima (pF).
Kapacitivnost kondenzatora zavisi od vrste dielektrika, geometrijskog oblika, dimenzija, itd. Uticaj dielektrika na kapacitivnost je uslovljen intenzitetom polarizacije samog dielektrika.Sposobnost dielektrika da se polarizuje u elektrinom polju karakterie se dielektrinom propustljivou, koja se jo zove i dielektrina konstanta: = o rgde je r relativna dielektrina konstanta dielektrika, a o dielektrina konstanta vakuuma i ona iznosi o = 8,8510-12 F/m.2. Nazivne vrednosti kapacitivnosti i klase tanosti. Vrednosti kapacitivnosti kondenzatora , kao i dozvoljena odstupanja kapacitivnosti od nazivne vrednosti, nazivni napon, itd. ispisuju se na samom telu kondenzatora. Dozvoljena odstupanja kapacitivnosti od nazivne vrednosti, koja se izraavaju u procentima, definisana su klasama tanosti. Ta odstupanja mogu biti simetrina ( 10%, 20%) i nesimetrina (10%, +30%). S obzirom da veoma esto, zbog malih dimenzija kondenazatora, na njima nema mesta za ispisivanje tolerancije kapacitivnosti, to je za iste uveden sistem slovnog oznaavanja (isti standard vai i za oznaavanje tolerancije otpornosti otpornika);
na primer, oznaka F se odnosi na toleranciju 1% (100 F 100 pF 1%), a J na toleranciju 5% (47 J 47 pF 5%).
Pored toga, za oznaavanje kondenzatora koriste se i boje koje se nanose u obliku trake ili take. Nain oznaavanja kondenzatora bojama, kao i slovima i ciframa, nije jedinstven za sve vrste kondenzatora i esto odstupa od standarda. Kada se kapacitivnost u pF oznaava pomou tri cifre, trea cifra kazuje koliko nula ima iza prve i druge cifre. Na primer: 220 pF 221; 47 pF 470; 56 nF 563. Meutim, kada se kapacitivnost oznaava takom iza koje je neka cifra, onda je c u F; na primer: .0047 0,0047 F. Nacini obeleavanja kondenzatora
Naini obeleavanja kondenzatora3. Dielektrici i dielektrina konstanta. Kapacitivnost i karakteristike kondenzatora znatno zavise od toga koji je dielektrik upotrebljen u kondenzatoru. Pored podele na polarne i nepolarne, dielektrici se mogu podeliti i u sledee grupe:
Liskun, staklo, keramika sa malim gubicima (keramika tipa I) i njima slini; koriste se za kondenzatore ije su kapacitivnosti od nekoliko pF do nekoliko stotina pF.
Keramika sa velikom vrednou dielektrine konstante (keramika tipa II i tipa III); koristi se za kondenzatore kapacitivnosti od nekoliko stotina do nekoliko desetina hiljada pF.
Papir i metalizirani papir; koristi se za kondenzatore kapacitivnosti od nekoliko hiljada pF do nekoliko F.
Oksidni slojevi; koriste se za elektrolitske kondenzatore kapacitivnosti reda F i vee.
Dielektrici u obliku folija, kao to su stirofleks, poliester, polikarbonat, itd.; koriste se za kondenzatore kapacitivnosti od stotinu pF do nekoliko F.
Dielektrina konstanta dielektrika zavisi, od temperature, napona i frekvencije promene elektrinog polja izmeu obloga kondenzatora, a takoe i od niza drugih spoljanjih faktora, to znai da je i kapacitivnost kondenzatora funkcija pomenutih veliina.4. Otpornost izolacije i vremenska konstanta kondezatora. Realni dielektrici poseduju neku elektroprovodnost, uslovljenu postojanjem slobodnih jona i elektrona u njima. Ta provodnost je mala, ali ipak konana. Konstantna struja Icu koja protie kroz dielektrik pod uticajem napona na oblogama kondenzatora i koja je, praktino, struja gubitaka, zove se struja curenja. Prema tome, otpornost dielektrika, odnosno otpornost izolacije kondenzatora, a to je otpornost izmeu obloga kondenzatora, jednaka je:R = V/ I cuStruja curenja Icu je vrlo mala, reda stotog ili hiljaditog dela mikroampera (izuzev kod elektorlitskih kondenzatora) i raste sa temperaturom priblino po eksponencijalnom zakonu, tako da otpornost izolacije jako zavisi od temperature i veoma je velika (izraava se u megaomima, gigaomima, a takoe i u teraomima). Otpornost izolacije prvenstveno zavisi od specifine zapreminske otpornosti dielektrika i od njegovih dimenzija (debljine d i povrine S):R = d/SOtpornost izolacije se meri pri normalnim klimatskim uslovima. Sa poveanjem temperature ova otpornost se eksponencijalno smanjuje Rc = 0 r = cVeliina c = Rc se zove vremenska konstanta kondenzatora i izraava se u sekundama.
vremenska konstanta ne zavisi od dimenzija kondenzatora, ve samo od fizikih osobina dielektrika. vremenska konstanta kondenzatora predstavlja vreme za koje koliina elektriciteta opadne na 1/e deo (ili 36,8%) poetne vrednosti. Ona, takoe, odreuje vremensko punjenje i pranjenje kondenzatora.Vrednosti vremenskih konstanti razlicitih tipova kondenzatora
Vrednosti vremenskih konstanti razliitih tipova kondenzatora5. Frekventna svojstva kondezatora. Kapacitivnost kondenzatora zavisi od frekvencije i to zbog toga to se sa frekvencijom menja dielektrina konstanta i, zbog toga to kondenzator poseduje i parazitne veliine, kao to su parazitna otpornost i parazitna induktivnost Lc. Na visokim frekvencijama svaki kondenzator se moe predstaviti ekvivalentnom emom kao na slici. Ovom ekvivalentnom emom obuhvaeni su ne samo osnovna kapacitivnost i otpornost kondenzatora, nego i induktivnost i aktivne otpornosti izvoda.Ekvivalentna ema kondenzatora
Ekvivalentna ema kondenzatoraInduktivnost kondenzatora obino je mala i ima vrednost reda nanohenrija. Otpornost gubitaka r, koja se sastoji od aktivnih otpornosti obloga kondenzatora i izvoda, za obine kondenzatore (ne elektrolitske), iznosi desetine delova oma. Otpornost R >> r u naznaenoj ekvivalentnoj
emi jednaka je otpornosti izolacije kondenzatora (ova otpornost se obeleava i sa Rp paralelna otpornost). Postojanje sopstvene induktivnosti uslovljava pojavu rezonance koja nastaje pri rezonantnoj frekvenciji fr.
Kondenzator e se pri frekvencijama f > fr ponaati kao impedansa koja ima induktivni karakter. Drugim reima, kondenzator treba koristiti pri frekvencijama f < fr, pri kojima impedansa kondenzatora ima kapacitivni karakter. Najee se radni opseg frekvencija bira tako da je najvia frekvencija 23 puta nia od rezonantne frekvencije kondenzatora.
Poveanje rezonantne frekvencije fr postie se smanjenjem parazitne kapacitivnosti Lc.
Jedan od naina dobijanja malih vrednosti induktivnosti Lc jeste primena kratkih izvodnica, ili upotreba kondenzatora za povrinsko montiranje (SMD). Smanjenje induktivnosti Lc kod namotanih tubastih kondenzatora postie se postavljanjem kontakata izvodnica to je mogue blie jedan drugome.
Gubici u parazitnim kapacitivnostima, do kojih neminovno dolazi usled konstruktivnih
izvoenja kondenzatora (inkapsulacija, zalivanje ili presovanje u plastine mase, itd.), kao i gubici na otpornosti izolacije odreuju donju graninu frekvenciju kondenzatora. Konstrukcijom i tehnologijom proizvodnje kondenzatora moe da se utie na frekventni opseg.Frekventni opseg primene kondenzatora
Frekventni opseg primene kondenzatora sa razliitim dielektricima6. Gubici u kondezatoru. U realnom kondenzatoru, koji je prikljuen u elektrino kolo, jedan deo energije se uvek bespovratno izgubi. Ovaj gubitak energije je posledica zagrevanja kondenzatora i rasejavanja toplote u okolnu sredinu. Pri tom, izdvojena toplota moe u kondenzatoru da dovede do nedopustivog poveanja njegove temperature. Poveanje temperature iznad temperature okolne sredine direktno je proporcionalno snazi gubitaka Pa. Kondenzatori velikih reaktivnih snaga, kod kojih gubici energije imaju i ekonomski smisao, karakteriu se dopustivim gubicima snage Pa,dop.
Ukupna snaga gubitaka Pa u kondenzatoru iznosi:Pa = P + Pmgde je P snaga gubitaka u dielektriku, a Pm snaga gubitaka u metalnim delovima kondenzatora.
Gubici u dielektriku su, u osnovi, povezani sa procesom polarizacije dielektrika i njegovom provodnou. Gubici u metalnim delovima uslovljeni su zagrevanjem obloga, izvoda i kontakata.7. Stabilnost kondezatora. Elektrina svojstva i radni vek kondenzatora zavise od dejstva spoljanjih klimatskih i mehanikih uticaja (temperature, pritiska, vlanosti, radijacije, vibracija, itd.).
Uticaj temperature ogleda se u promeni kapacitivnosti i ugla gubitaka (faktora dobrote kondenzatora), a takoe i elektrine vrstoe. Naime, promena temperature utie na metalne delove kondenzatora u vidu skupljanja ili irenja, usled ega se menja kapacitivnost. Isto tako, promena temperature moe da utie i na dielektrik, koji moe ili da omeka (staklo), ili da se rastopi (parafin), ili da ovrsne (kao ulje na niskim temperaturama), ili da u dielektriku nastanu naprsline i pukotine. Pored pomenutih promena u dielektriku, sa promenom temperature menja se i dielektrina konstanta dielektrrika.
Uticaj vlage na karakteristike kondenzatora moe biti znatan u sluaju da vlaga prodre u dielektrik, ime se menja dielektrina konstanta dielektrika (dielektrina konstanta vode iznosi r = 80), a to znai da se menja i kapacitivnost kondenzatora. Prisustvo vlage znatno smanjuje otpornost izolacije. Kao rezultat smanjenja otpornosti izolacije rastu gubici, posebno pri povienim temperaturama, a takoe se smanjuje i elektrina vrstoa usled porasta verovatnoe nastajanja toplotnog proboja. Pri konstantnom dejstvu vlage postoji mogunost nastajanja elektrohemijskih pojava u dielektriku. Katastrofalne promene vrednosti parametara kondenzatora najee se javljaju kod kondenzatora koji due vreme nezatieni rade pri visokoj vlanosti, posebno u tropskim krajevima. Kondenzatori koji su zatopljeni u plastine mase mogu pouzdano da rade pri relativnoj vlanosti vazduha do 90%, a hermetizovani do iznad 98%.Grupe kondezatora: Razlikujemo sledece vrste kondenzatore: Kondenzatori stalne kapacitivnosti prema vrsti upotrebljenog dielektrika (papirni kondezatori, kondenzatori sa plastinim i metaliziranim plastinim folijama, liskunski kondenzatori, stakleni kondenzatori, keramiki kondenzatori, elektrolitski kondenzatori, Ultracap kondenzatori) i Kondenzatori promenjive kapacitivnosti ( obrtni kondenzatori, polupromenljivi kondenzatori trimeri, varikap diode)Kondenzatori stalne kapacitivnosti
Papirni kondenzatori Papir je jedan od najstarijih dielektrika koji se koristi pri proizvodnji kondenzatora. Pri tom, papir mora biti posebno izraen (tkzv. kondenzatorski papir). Treba napomenuti da se papir nikada ne koristi sam, ve se uvek impregnie sintetikim tenostima, mineralnim uljima, votanim materijalima ili vazelinom. To se ini zbog toga da bi se smanjila higroskopnost kondenzatorskog papira. Istovremeno, na taj nain se poveava dielektrina vrstoa papira, ali poveava i koeficijent dielektrinih gubitaka.
Papirni kondenzatori se najee rade tubastog oblika namotavanjem papirnih traka izmeu kojih su, kao kondenzatorske obloge, metalne folije. Kao kondenzatorske obloge obino se koriste aluminijumske folije. U elektronici se papirni kondenzatori sve manje koriste i zamenjuju se kondenzatorima sa plastinim folijama. Meutim, jo se koriste u telefoniji (npr. u aluminijumskom kuitu), u energetskoj elektronici, za korekciju faktora snage, itd.
Nedostaci papirnih kondenzatora su postojanje vazdunih mehuria u papiru i velike dimenzije samoga kondenzatora. Ovi nedostaci su, donekle, izbegnuti kod kondenzatora sa metaliziranim papirom, kod kojih je jedna strana papirne trake metalizirana. Druga dobra osobina ovih kondenzatora je autoregeneracija, koja se sastoji u sledeem: ako pod dejstvom napona nastane proboj ili kratak spoj izmeu obloga, usled velike lokalne temperature isparie veoma tanak sloj metala u okolini mesta proboja i spreie obrazovanje stalnog kratkog spoja.
Trea prednost u odnosu na papirne kondenzatore jeste manja dimenzija kondenzatora sa metaliziranim papirom, s obzirom da se umesto aluminijumskih folija (debljine oko 6 m) koristi sloj metalizacije debljine (0,020,06) m.
Postoji vie razliitih tipova i modela kondenzatora sa metaliziranim papirom, od kojih se izdvajaju: cilindrini kondenzatori za iroku potronju u plastinim kuitima, kondenzatori za kompenzaciju faktora snage kod fluoroscentnih svetiljki, kondenzatori za kompenzaciju faktora snage kod motora, itd.Kondenzatori sa plastinim i metaliziranim folijama. Skoro u potpunosti potisnuli su papirne kondenzatore, s obzirom da od njih imaju znatno veu otpornost izolacije i istovremeno znatno manji tangens ugla gubitaka. Kao dielektrik koriste se nemetalizirane i metalizirane folije od razliitih materijala, kao to su stirofleks (zove se jo i polistiren i polistirol), poliester, polikarbonat, polipropilen, itd..
Konstrukcija kondenzatora je slina konstrukciji papirnih kondenzatora. Pored izrazito boljih karakteristika u odnosu na papirne kondenzatore i kondenzatore sa metaliziranim papirom u pogledu otpornosti izolacije, gubitaka, vremenske konstante, faktora dobrote, frekventnog opsega, itd., nedostatak kondenzatora sa plastinim i metaliziranim plastinim folijama je to imaju relativno malu zapreminsku kapacitivnostDetalji konstrukcije blok kondenzatora sa plasticnim folijama i metaliziranim plasticnim folijama
Detalji konstrukcije blok kondenzatora sa plastinim folijamai metaliziranim plastinim folijamaSpoljanji izgled razlicitih vrsta polikarbonatskih kondenzator
Spoljanji izgled razliitih vrsta polikarbonatskih kondenzatoraSpoljanji izgled razlicitih vrsta polipropilenskih kondenzatora
Spoljanji izgled razliitih vrsta polipropilenskih kondenzatoraLiskunski kondenzatori. Liskunski kondenzatori, ili kako se jo zovu mika kondenzatori spadaju u red preciznih i stabilnih kondenzatora primenljivih na visokim frekvencijama. Ovi kondenzatori imaju izuzetno malu rednu otpornost, maksimalni odnos kapacitivnosti i zapremine, mali i jako stabilan temperaturni koeficijent kapacitivnosti i uske tolerancije.
Liskun je mineral sloenog hemijskog sastava i u prirodi se sree u vie razliitih varijanti.
Jedna od osobina liskuna, koja je iskoriena za proizvodnju kondenzatora, jeste mogunost njegovog cepanja na tanke listie (zato se od njih mogu dobiti samo blok kondenzatori).Izgled nekih liskunskih kondenzatora
Izgled nekih liskunskih kondenzatoraStakleni kondenzatori. Stakleni kondenzatori su namenjeni za visoke frekvencije i dopunjuju nazivne vrednosti kapacitivnosti liskunskih kondenzatora iz E-nizova. Kao dielektrik se koristi borsilikatno staklo.
To su blok kondenzatori sa naslaganim listiima stakla i aluminijumske folije. Sami kondenzatori su monolitni, izvanredno hermetiki zatvoreni.
Ono to staklene kondenzatore izdvaja od ostalih jeste to oni zadravaju stabilne karakteristike ak od 180oc do +200 oc i to su od svih ostalih kondenzatora najotporniji na kosmika i nuklearna zraenja, (u svemirskim letilicama upravo zato ima najvie ovih kondenzatora).Spoljanji izgled nekih staklenih kondenzatora
Spoljanji izgled nekih staklenih kondenzatoraKeramiki kondenzatori. Najee se dele u tri osnovne grupe: tipa I, tipa II i tipa III, a svi se primenjuju pri srednjim i visokim frekvencijama. Iako su to, kondenzatori koji se brojano najvie koriste (zbog niske cene), u principu to nisu kvalitetne komponente.
Keramiki kondenzatori tipa I (keramike tipa I su titanati magnezijuma ili kalcijuma, sa r = 5 470) su temperaturno stabilni kondenzatori, sa kapacitivnou (10 30) pF/mm3. Ono po emu se kondenzatori razlikuju od keramikih kondenzatora tipa II i tipa III jeste to je kod njih promena kapacitivnosti sa temperaturom linearna.Spoljanji izgled razlicitih vrsta keramickih kondenzatora
Spoljanji izgled razliitih vrsta keramikih kondenzatoraKeramiki kondenzatori tipa II su temperaturno nestabilni kondenzatori sa velikom vrednou dielektrine konstante (r = 700 15000), pogodni za upotrebu u kolima za spregu i odvoenje ili odvajanje frekvencije, gde nisu bitni mali tangens ugla gubitaka ili velika stabilnost kapacitivnosti. Iako su kondenzatori malih dimenzija, kapacitivnosti su relativno velike, s obzirom da se koriste keramike sa velikim vrednostima dielektrinih konstanti; kapacitivnost je oko 500 pF/mm3.
Keramiki kondenzatori tipa III su veoma temperaturno nestabilni kondenzatori sa izuzetno velikom vrednou dielektrine konstante (r = 50000100000), pogodni za sprena kola, kola za blokiranje i slino, u kojima mali tangens ugla gubitaka, velika otpornost izolacije i velika stabilnost kapacitivnosti nisu bitni. U poreenju sa keramikim kndenzatorima tipa II, ovi kondenzatori imaju manju otpornost izolacije ili manji proizvod Rc i vei tg (znai, jo su loiji). Sa druge strane, usled vrlo velike vrednosti dielektrine konstante, ovi kondenzatori imaju najveu zapreminsku kapacitivnost, iznad 1 nF/mm3.Elektrolitski kondenzatori. Osnovna osobina elektrolitskih kondenzatora je velika zapreminska kapacitivnost, posebnoizraena pri malim radnim naponima. Velika kapacitivnost se postie upotrebom veoma tankih oksidnih slojeva nekih metala (Al, Ta) kao dielektrika; naime, izc = o r S/dvidi se da e, pri istim vrednostima povrine S i relativne dielektrine konstante dielektrika r, kapacitivnost utoliko biti vea ukoliko je debljina dielektrika d manja. Stoga, da bi se obezbedio dobar (ravnomeran) elektrian kontakt izmeu povrine tako tankog dielektrika (tj. oksida metala)
i druge elektrode (jedna elektroda je metalna folija ili tapi na kojoj je oksid, a druga obino neoksidisana metalna folija ) neophodno je da se upotrebi provodna tenost zato se koristi tean elektrolit (kod kondenzatora sa tenim elektrolitom ), ili mangan dioksid koji ima poluprovodnike osobine (kod kondenzatora sa vrstim elektrolitom). Drugim reima, elektrolit ima ulogu produetka druge elektrode.Spoljanji izgled razlicitih vrsta tantalnih elektrolitskih kondenzatora
Spoljanji izgled razliitih vrsta tantalnih elektrolitskih kondenzatoraUltra cap kondenzatori. Ultracap kondenzator je elektrohemijski dvoslojni kondenzator koga ine dve elektrode uronjene u elektrolit. Ovi kondenzatori nemaju klasian dielektrik, ve je tu ulogu preuzela elektrohemijski ostvarena (zato su to elektrohemijski kondenzatori) suprotstavljena koliina naelektrisanja na oblogama od aktivnog ugljenika. Rastojanje izmeu pozitivnog i negativnog naelektrisanja (kvazidielektrik) iznosi samo d = (25) nm, to uslovljava izuzetno velike vrednosti kapacitivnosti (zbog c = orS/d).
Ultracap kondenzatori su komponente koje su namenjene za uvanje energije, s obzirom da imaju izuzetno velike vrednosti kapacitivnosti, iznad farada: 5 F, 10 F, 110 F, ak do 5000 F.
Stoga se one i tretiraju kao komponente koje, u energetskom smislu, popunjuju jaz izmeu elektrolitskih kondenzatora i punjivih baterija. Meutim, radni naponi ultracap kondenzatora su niski (Un 2,5 V), i njihov vek jako zavisi od temperature i vrednosti napona sa kojima su radili. Za
postizanje veih vrednosti napona oformljuju se moduli sa vie redno i paralelno vezanih ultra- cap kondenzatora ali se, da bi se temperatura odravala to niom, istovremno mora obezbediti hlaenje tih modula, jer se jedino u tom sluaju moe garantovati njihov dug radni vek.Spoljanji izgled ultraCap kondenzatora
Spoljanji izgled ultracap kondenzatoraKondenzatori promenjive kapacitivnosti
Kondenzatori promenljive kapacitivnosti, koji se obino koriste u oscilatornim kolima za promenu rezonantne frekvencije tih kola, dele se na obrtne kondenzatore (vazdune i sa vrstim dielektrikom izmeu obloga), polupromenljive kondenzatore (trimere) i varikap diode.Simboli kondenzatora promenljive kapacitivnosti u emama elektronskih kola
Simboli kondenzatora promenljive kapacitivnosti u emama elektronskih kolaObrtni kondenzatori. Obrtni kondenzatori promenljive kapacitivnosti se sastoje od grupe nepokretnih paralelnih ploa statora i grupe pokretnih paralelnih ploa rotora. Rotorske ploe su tako smetene da se izmeu svake dve statorske ploe nalazi po jedna rotorska ploa. Pri obrtanju rotorskih ploa menja se aktivna povrina izmeu ploa, tj. menja se kapacitivnost kondenzatora.
Od oblika kondenzatorskih ploa jako zavisi promena kapacitivnosti u funkciji ugla obrtanja, odnosno, drugim reima, izborom oblika ploa kondenzatora moe se menjati frekvencija oscilatornog kola po eljenom zakonu pri obrtanju rotorskih ploa. Na primer, za kondenzatore
sa pravolinijiskom promenom frekvencije, koji se koriste u oscilatornim kolima u kojima se sa obrtanjem rotorskih ploa frekvencija menja linearno sa uglom obrtanja, rotorske ploe su srpastog oblika, dok su za linearnu promenu talasne duine te ploe bubreastog oblika. Izgled kondenzatora promenljive kapacitivnosti
Izgled kondenzatora promenljive kapacitivnostiPolupromenljivi kondenzatori - trimeri. Kod polupromenljivih kondenzatora (trimera), kapacitivnost se menja samo u toku podeavanja elektronskih kola, a u toku eksploatacije ostaje stalna. Proizvode se vazduni polupromenljivi kondenzatori i kondenzatori sa vrstim dielektrikom. Svi polupromenljivi kondenzatori imaju izolacionu podlogu (npr. keramiku) za koju se privruje stator, leite za rotorsku osovinu i izvode pomou kojih se kondenzator lemi za tampanu plou. Kapacitivnost je odreena povrinom i debljinom rotora i dielektrinom konstantom materijala izmeu rotora.Vieslojni keramicki trimer kondenzatori
Vieslojni keramiki trimer kondenzatoriVarikap diode. Poluprovodnike diode sa kontrolisanim kapacitivnim osobinama. Kod njih se koristi kapacitivnost inverzno polarisanog p-n spoja, pri emu se promenom inverznog napona menja irina prelazne oblasti p-n spoja, a time i kapacitivnost varikap diode. Zbog toga se varikap diode mogu koristiti umesto klasinih promenljivih kondenzatora (npr. za podeavanje oscilatornih kola).
Prednosti varikap dioda u odnosu na vazdune promenljive kondenzatore su:
neuporedivo su manjih dimenzija i mogu da se oklope zajedno sa kalemom, ime se izbegavaju parazitne sprege;
otpornije su na mehanika dejstva (udare, potrese, itd.) i atmosferski uticaj;
ne postoji osovina kao kod vazdunih promenljivih kondenzatora, ve se promena kapacitivnosti vri promenom napona na diodi, to se moe ostvariti promenom otpornosti potenciometra, koji moe biti daleko od same diode.Varikap diode u razlicitim kucitima
Varikap diode u razliitim kuitimaNedostaci varikap dioda kao kondenzatora su:
gubici su vei nego kod vazdunih promenljivih kondenzatora;
kapacitivnost je nelinearna funkcija napona, usled ega nastaju izoblienja, to dovodi do pojave viih harmonika.Tantal elektroliticki kondezatoriI Broj bela boja oznaava kondezator za Un= 3v, vrednosti II Broj- roze boja, III Broj- plava boja vrednosti 6, IV Broj bela boja umnoiva x 0.1 pa je vrednost kondezatora 60Fx0.1 1.3. Kalemovi (engl. coil). Iako se konstrukcija savremenih elektronskih sklopova vie oslanja na otpornike i kondenzatore, kalemovi jo uvek zauzimaju znaajno mesto, pre svega u impulsnim elektronskim kolima kao to su npr. prekidaka napajanja. Zbog prirode konstrukcije opte prisutni trend minijaturizacije komponenata se odvija sporije kada su u pitanju kalemovi to je osnovni razlog njihove slabije zastupljenosti. Egzaktno modeliranje karakteristika kalemova je komplikovan numeriki problem koji se moe uspeno zaobii primenom empirijskih formula.Simboli kojima se oznacavaju kalemovi
Simboli kojima se oznaavaju kalemovi u emama elektronskih kolaOsnovne karakteristike kalemova Kalemovi su elektronske komponente koje mogu da akumuliraju znaajnu energiju u svom magnetnom polju. Magnetno polje se formira pod uticajem elektrine struje koja prolazi kroz provodnike. Mera magnetnog polja je magnetni fluks (). Kod linearnog elementa vai: = LIgde je: L-. induktivnost kalema, I-. struja kalema.
Kolicina akumulisane energije se proraunava po formuli:W = LI 2/2Kalemovi se redovno prave od bakarne ice sa lak izolacijom. Pored masivne ice, koriste se i visokofrekventni (VF) gajtani. VF gajtan se sastoji od upredenih tankih, lakom izolovanih bakarnih ilica, debljine (0,05 0,1) mm. Upredanjem ilica se znatno smanjuje uticaj skin efekta, s obzirom da je svaka ilica aktivna pri provoenju struje. Zbog toga je Q-faktor kalema sa VF gajtanom pri visokim frekvencijama vei nekoliko puta od Q-faktora odgovarajueg kalema motanog masivnom icom. Za poveanje induktivnosti provodnik se mota spiralno, tako da se svaki zavojak ne nalazi samo u svom magnetnom polju, ve i u magnetnom polju susednog zavojka. Induktivnost takvog namotanog provodnika je mnogo vea od induktivnosti nenamotanog provodnika iste duine.Od kalemskog tela unekoliko zavise i karakteristike kalema. Namotaji mogu biti jednoslojni i vieslojni. Za dobijanje veih vrednosti induktivnosti proizvode se vieslojni kalemovi .
Meutim, vieslojni kalemovi sa zavojcima motanim po pravilnom redu imaju mali Qfaktor, malu stabilnost i veliku sopstvenu kapacitivnost, tako da su primenljivi samo kao prigunice i u opsegu dugih talasa u radiodifuziji. Zbog toga se za motanje vieslojnih kalemova koristi unakrsno i nasumino motanje, ime se postie da takvi kalemovi imaju relativno veliki Q-faktor (Q = 80100) i neznatnu sopstvenu kapacitivnost. Pored toga, ovakav nain motanja obezbeuje veliku mehaniku vrstou ak i bez kalemskog tela.1. Frekventna svojstva kalemova. Ekvivalentna ema kalema izgleda kao na slici, na kojoj je L induktivnost kalema, c0 parazitna (sopstvena) kapacitivnost, a R = R0 + Rf je otpornost gubitaka, koja, pored omske otpornosti R0, sadri i frekventno zavisne otpornosti usled skin efekta i efekta blizine Rf. Kod kalemova se jezgrom otpornost R sadri i gubitke u jezgru Rj; dakle, R = R0 + Rf + Rj.Ekvivalentna ema kalema
Ekvivalentna ema kalema (a), redna ekvivalentna ema (b) i odgovarajui fazorski dijagram (c).Parazitna kapacitivnost (zavisi od naina motanja kalema) uslovljava nastanak rezonanse na nekoj frekvenciji, iznad te frekvencije kalem gubi induktivne osobine, odnosno tada dominantnu ulogu preuzima parazitna kapacitivnost, i kalem se ponaa kao kondenzator.2. Faktor dobrote kalemova. Faktor dobrote kalemova (Q-faktor) definisan je izrazom:Q = Le/ Re = /bgde je b ugao gubitaka izmeu pada napona na induktivnoj otpornosti VLe = LeI i napona na kalemu. Ekvivalentna otpornost kalema Re i ekvivalentna induktivnost Le zavise od frekvencije, to se Q-faktor nee u celom frekventnom opsegu linearno poveavati sa frekvencijom, ve e, naprotiv, pri visokim frekvencijama opadati sa poveanjem frekvencije. Naime, pri viim frekvencijama ekvivalentna otpornost Re, bre raste sa frekvencijom od induktivne otpornosti Le, te Q-faktor dostie maksimum i sa daljim poveanjem frekvencije isti opada. Radni frekventni opseg kalema se bira tako da Q-faktor ima maksimalnu vrednost u sredini tog opsega. Kod kalema sa jezgrom zatvorenog tipa, Q-faktor se moe poveati 23 puta ubacivanjem nemagnetnog procepa meugvoa. To je zbog toga to se uvoenjem meugvoa smanjuje magnetna permeabilnost, a to znai da su i manji gubici.Grupe kalemova. Razlikujemo dve grupe kalemova: Kalemovi bez jezgra (dugaki jednoslojni cilindrini kalemovi, kratki jednoslojni i vieslojni cilindrini kalemovi, ploastih kalemova) i Kalemovi sa jezgrom(kalemovi sa otvorenim,poluzatvorenim i zatvorenim jezgrom)Kalemovi bez jezgra
Dugaki jednoslojni cilindrini kalemovi. Pod dugakim kalemom podrazumeva se kalem kod kojeg je duina l najmanje 10 puta vea od njegovog prenika do.
Kratki vieslojni cilindrini kalemovi se najee motaju unakrsno ili nasumino
Ploasti kalemovi su oni kod kojeg je duina kalema l veoma mala i manja od visine namotaja h i srednjeg prenika do.Razlicite vrste kalemova
Razliite vrste kalemovaKalemovi sa jezgrom
Za poveanje induktivnosti kalemova koriste se magnetna jezgra. Iako jezgra za kalemove mogu biti i od magnetodielektrika (metalnog magnetnog praha), znatno ee se prave od ferita.
To je stoga to pri vrlo visokim frekvencijama jezgra od magnetodielektrika imaju prevelike gubitke usled vihornih struja, te je u tom sluaju neophodno koristiti feritna jezgra, kod kojih su ti gubici znatno manji.
Feriti su jedinjenja oksida gvoa (Fe2O3) i dvovalentnih oksida metala (ZnO, MnO, NiO, BaO, cuO i dr.) koji poseduju ferimagnetne osobine; to su tkzv. meki feriti. Dobijaju se sinterovanjem u inertnoj atmosferi i strogo kontrolisanim temperaturnim ciklusima, a dobijena jezgra su vrlo tvrda i otporna na vodu, slino kao keramike sinterovane mase.
S obzirom da se jezgra razlikuju po konstrukciji, to se ona mogu podeliti na otvorena, poluzatvorena i zatvorena. Najmanje iskorienje magnetnih osobina je kod jezgara otvorenog tipa u obliku tapia ili cevica, s obzirom da kod njih magnetni fluks dobrim delom protie kroz vazduh. Najbolje iskorienje magnetnih osobina pruaju torusna jezgra.Kalemovi sa torusnim jezgrima praktino nemaju rasipanje magnetnog fluksa i imaju relativno velike vrednosti Q-faktora i magnetne permeabilnosti koja se obeleava sa tor (tor je torusna permeabilnost snima se na torusnom jezgru na poetku krive magneenja). Ovi kalemovi se ne moraju da oklopljavaju. Jezgra su kompaktna, tako da se induktivnost kalemova sa torusnim jezgrima ne moe da menja. Kalemovi sa jezgrima zatvorenog tipa se osigurava veoma dobro iskorienje magnetnih osobina materijala. To su tzv. lonasta jezgra, RM i PM jezgra. Kod njih je magnetno kolo zatvoreno, usled ega kalemovi imaju vei Q-faktor, manju zavisnost parametara od frekvencije i spoljanjeg magnetnog polja, te mogu raditi na viim frekvencijama.Induktivnost kalemova sa jezgrom direktno zavisi od vrednosti efektivne magnetne permeabilnosti e, koja umnogome zavisi od oblika i dimenzija jezgra, vrste materijala, a pogotovo od vrednosti vazdunog procepa u magnetnom materijalu. Analitiko odreivanje vrednosti efektivne permeabilnosti i induktivnosti kalema sa vazdunim procepom ponekad je veoma zametno. Stoga se definie faktor induktivnosti AL, koji se eksperimentalno odreuje. Naime, faktor induktivnosti AL praktino predstavlja induktivnost kalema sa jezgrom koji ima samo jedan zavojak. Induktivnost kalema sa N zavojaka je onda:L = A L N 2Faktor induktivnosti (ili, prosto, AL vrednost) predstavlja konstantu jezgra koju daje proizvoa za svaki tip jezgra i za odgovarajui materijal i izraava se u nH. Iako je AL u nH, uobiajeno je da se ta vrednost daje samo brojano, npr. AL = 1340 (to znai da AL = 1340 nH).Razlicite vrste kalemova sa jezgrom
Razliite vrste kalemova sa jezgrom1.4. Diode(engl. diode). Poluprovodnicke diode su svoj naziv nasledili od elektroskih cevi sline namene, sa dve elektrode. Poluprovodnika dioda je dvoslojne strukture koja se formira tako da se u jedan deo poluprovodnike ploice (P sloj) dodaju primesni atomi iji je broj valentnih elektrona manji od broja valentnih elektrona polaznog poluprovodnika dok se u drugi deo (N sloj) dodaju atomi sa veim brojem valentnih elektrona. U P sloju na mestu valentnih elektrona postoji manjak elektrona to odgovara pozitivnom naelektrisanju (upljina), isto moe da se pomera pod uticajem elektrinog
polja i moe da uestvuje u provoenju elektrine struje. U N delu postoje slobodni elektroni koji takoe mogu da provode struju.Ilustracija diode bez epitaksijalnog sloja
Ilustracija diode bez epitaksijalnog sloja; velikim krugovima u prelaznoj oblasti p-n spoja oznaene su jonizovane primese (pozitivni donorski i negativni
akceptorski joni), a kruii sa znakom + oznaavaju upljine kao veinske nosioce u p-oblasti, dok je za veinske elektrone u n-oblasti iskoriena oznaka .Povezivanjem diode u spoljno kolo struja moe da potekne od P sloja prema N sloju a u suprotnom smeru ne moe da doe do proticanja struje. To se objanjava time to elektrino polje usmereno od P dela prema N delu moe da prebaci upljine u N oblast i elektrone u P oblast, a pri suprotnom smeru elektrinog polja ne postoje nosioci koji bi prelazila preko granine oblasti (PN spoj). Postojei nosioci naelektrisanja pod uticajem spoljnog polja e se u ovom sluaju udaljiti od granicne oblasti. Time se objanjava usmerako dejstvo diode.
Nakon dopiranja primesnim atomima na poluprovodniku ploicu se prikljue izvodi (na P deo se prikljuuje anoda - A, na N deo katoda - K) i ugrade je u odgovarajue kuite.
Mnoge primene su upravo bazirane na tom svojstvu (usmerai, limiteri napona, demodulatori).
Od dva mogua smera dioda u jednom smeru (direktni smer) proputa struju, pri tome ispoljava zanemarljivi pad napona. U drugom smeru (inverzni smer) ne moe da potekne znaajna struja, bez obzira na primenjeni napon. Diode ne mogu da vre pojaanje signala (struja, napon) ali u ogranienom smislu mogu da vre prekidanje. Tanije reeno, grana elektrinog kola koja sadri diodu postaje jednosmerna.DiodeStruja diode Struja diode gde je V spoljanji napon na diodi, UT termiki potencijal (UT = 0,026 V pri T = 300K), a Is je inverzna struja zasienja diode.
Struja Is je nazvana inverznom zbog toga to bi ta struja tekla pri inverznoj polarizaciji. Naime, pri inverznoj polarizaciji (na n-tip pozitivan a na ptip negativan pol napona) je u jedn. exp(-V/UT) > 1. Prema tome, p-n spoj ukljuen u kolo elektrine struje, proputa struju kada je direktno polarisan, a praktino je ne proputa pri inverznoj polarizaciji;
drugim reima, p-n spoj (dioda) ima usmerake karakteristike. Struja silicijumske diode naglo poinje da raste oko 0,6V, ali se kao napon voenja diode uvek uzima V = 0,7 V.
Postoji izuzetno dobro slaganje teorijskih i eksperimentalnih vrednosti struja pri direktnoj polarizaciji diode za napone V 0,4 V, a to su upavo oni naponi pri kojima se dioda i koristi. Pri niim direktnim naponima, a posebno pri inverznoj polarizaciji izmerene vrednosti inverznih struja Ir su znatno vee od Is (obino je Ir 1000Is). Stoga, pri inverznoj polarizaciji ne treba raunati sa strujom Is, ve sa sa inverznom strujom Ir >> Is. Struja koja protie kroz diodu pri inverznoj polarizaciji je veoma mala, reda nA. Zbog tako izuzetno male struje inverzne polarizacije, a relativno velike struje kada je dioda direktno polarisana, dioda se, u prvoj aproksimaciji, moe smatrati elektrinim ventilom, tj. komponentom koja u jednom smeru (direktna polarizacija) proputa, a u suprotnom (inverzna polarizacija) ne proputa struju.
Stoga je mogue uvesti tkzv. praktian model diode. Naime, u ovom modelu se dioda pri direktnoj polarizaciji u kolu prikazuje kao kratkospojeni prekida P sa padom napona izmeu katode i anode Vd = 0,7 V (sl. 8.15a); pri inverznoj polarizaciji prekida P je otvoren, a zbog Iinv = 0 napon izmeu anode i katode je jednak naponu izvora napajanja Vbat. Pri tom, strujno-naponska karakteristika se smatra idealnom , sa naponom voenja kod silicijuskih dioda Vd = 0,7 V.
Stvarna karakteristika se smatra dobrom aproksimacijom idealne karakteristike. U inverznom smeru struja je zaista zanemarljiva (I=-IS=0) , meutim u direktnom smeru neophodno je uzeti u obzir konaan prag otvaranja odnosno pad napona (obino spada u opseg od 0,5V do 1V). U sluaju velikog inverznog napona kod stvarne diode se pojavljuje proboj.Struja diode u funkciji napona
Struja diode u funkciji napona.Pri priblinoj analizi elektronskih kola sa diodama koriste se modeli dati na slici. U direktnom smeru pad napona se uzima u obzir sa naponskim generatorom konstantnog napona (VD), nezavisno od vrednosti struje, dok u inverznom smeru prosto prekidamo granu koja sadri diodu.
Smer polarizacije diode (direktan ili inverzan) treba odrediti iz preostalog dela kola. Na visokim frekvencijama odnosno u prekidakom reimu treba uzeti u obzir parazitne kapacitete poluprovodnikih slojeva i konano vreme ukljuivanja/iskljuivanja.Model diode
Model diode u a) provodnom i b) zakoenom stanjuTestiranje ispravnosti digitalnim multimetromTestiranje ispravnosti digitalnim multimetromPored osnovne varijante poluprovodnike diode razvijeno je i nekoliko posebnih vrsta. To su: Zener-ova dioda, tunel dioda, varikap dioda i Schottky-jeva dioda. Graficki simboli Graficki simboli diode
a) obicna dioda, b) zener dioda, c) tunel dioda,d) varikap dioda, e) Schottky dioda. (kod svih oznaka gornji kraj je anoda)Zener- dioda je predviena da trajno radi u probojnoj oblasti, naravno inverznu struju odnosno snagu gubitaka (proizvod napona i struje) treba ograniiti. Poto je probojni napon relativno stabilne vrednosti, Zener-ove diode su pogodne za formiranje izvora referentnog napona ali mogu da se koriste i za ogranienje napona (zatita od prenapona).Karakteristika tunel diode nije monotono rastua, ve sadri jedan segment sa negativnom diferencijalnom otpornou. Zahvaljujui negativnoj otpornosti sa tunel diodom se mogu konstruisati oscilatori, modulatori itd. za visoke uestanosti.Kod varikap dioda iskoriava se pojava da kapacitet slojeva poluprovodnika zavisi od primenjenog inverznog napona. Varikap diode se koriste za podeavanje ureaja, za nametanje frekvencije.
Umesto dva sloja poluprovodnika Schottky-jeve diode se sastoje od sloja metala spojenog sa slojem poluprovodnika. Ovom konstrukcijom moe se otprilike prepoloviti pad napona na diodi, to kod primena za velike struje donosi znaajnu utedu. U drugim sluajevima ista osobina omogucava
efikasniju limitaciju napona nego to je mogue sa diodom sa PN spojem. Nedostatak strukture metal-poluprovodnik je to se ne mogu realizovati komponente sa velikim inverznim probojnim naponom.
Osnovni tehniki podaci za diode su:
- Radna struja (srednja vrednost - IFAV, ili efektivna vrednost - IFRMS) je ona vrednost struje koju dioda moe trajno da izdri pri izvesnoj temperaturi kuita.
- Dioda se kratkotrajno moe opteretiti sa vrnom strujom koja je obino za red veliine vea od radne struje. Detaljniji katalozi posebno daju ponavljajuu (IFRM) i jednostruku vrnu vrednost struje (IFSM).
- Probojni napon (VBR) je najvei napon do koje dioda moe da se primenjuje.
- Pri naglom prelasku iz direktnog smera u inverzni, kroz diodu moe u kratkom vremenu da proe znaajna struja dok se ne isprazne svi nosioci naelektrisanja iz okoline PN spoja. To kratko vreme je vreme oporavka diode (trr). Po ovom kriterijumu diode delimo na obine, brze i ultrabrze.
U zavisnosti od struje, napona i oblasti primene poluprovodnike diode se ugrauju u razna kuita, od koji je nekoliko prikazano na slici.Razni oblici kucista za diode
Razni oblici kucita za diode:
a) kuite za povrinsku montau SOD-123, b) aksijalno kuite DO-41, c) plastino kuite TO-220Ac, d) metalno kuite DO-4 sa navojem2. AKTIVNE KOMPONETENastajanje i razvoj elektronike su omoguili aktivni elementi. Prvo su se pojavile elektronske cevi i vladali su u elektronici u prvoj polovini XX veka. Njihovo korienje su ograniavali veliki gabariti i znaajna potronja.
U meuvremenu je uloeno puno truda u razvoj poluprovodnikih sklopova ali komponenta koja je mogla vriti kontrolisano prekidanje i pojaanje je iznaena tek posle drugog svetskog rata (1946). Ta komponeta je bila bipolarni tranzistor, ona je u primeni sve do danas. Nakon tog pronalaska usledila je serija drugih pronalazaka iz kojih su proizali tiristori i razne varijante tranzistora sa efektom polja.
Pored diskretnih elemenata ubrzo se razvijala i integrisana tehnika (poev od 1958. godine), gde se na jednoj poluprovodnikoj ploici moe napraviti i povezati vei broj aktivnih i pasivnih komponenti. Zahvaljujui integrisanoj tehnici, postignuta je znaajna minijaturizacija to je omoguila razvoj i primenu novih, sloenih kola.2.1. Bipolarni tranzistori. Bipolarni tranzistor je istorijski gledano prva poluprovodnika komponenta koja primenom kontrolnog signala u pomonom strujnom kolu moe postepeno ili skokovito da menja struju u glavnom strujnom kolu. Sam naziv tranzistor je engleska kovanica (transfer+resistor) upuuje na kontrolabilnu otpornost. Atribut bipolarni (koji se esto i izostavlja) je u upotrebi jer obe vrste nosioca naelektrisanja (elektroni i upljine) igraju znaajnu ulogu u radu bipolarnog tranzistora.
Za razliku od dioda, koje su elektronske komponente sa dva izvoda, tranzistori su komponente sa tri izvoda. Ti izvodi su kontaktirani za tri oblasti: oblast tranzistora iz koje se injektuju nosioci naelektrisanja zove se emitor, oblast u koju se injektuju ti nosioci je baza, a oblast u koju ekstrakcijom iz baze dolaze nosioci zove se kolektor.
Osnovna karateristika bipolarnog tranzistora jeste da je to komponenta koja ima pojaavaka svojstva, tj. da signal koji se dovodi na ulaz tranzistora biva pojaan na njegovom izlazu.Bipolarni tranzistor
Bipolarni tranzistor komponenta sa tri izvoda (a) i kao pojaavaka kompoenta (b).Bipolarni tranzistor se sastoji od dva p-n spoja. Meutim, naglaava se da ti p-n spojevi moraju da budu u jednoj poluprovodnikoj komponenti tranzistor se ne moe dobiti jednostavnim spajanjem dva p-n spoja (dve diode); osnovno svojstvo tranzistora sastoji se ba u tome da izmeu tih p-n spojeva postoji uzajamno dejstvo strujom jednog spoja moe se upravljati struja drugog p-n spoja. U zavisnosti od toga koga je tipa srednja oblast - baza, razlikuju se p-n-p (PNP) i n-p-n (NPN) tranzistoriIlustrativni i ematski prikazi PNP i NPN tranzistora
Ilustrativni i ematski prikazi PNP (a) i NPN (b) tranzistora.Bipolarni tranzistori male i srednje snage se najee dobijaju planarnom tehnologijom, pri emu se emitorski i kolektorski spoj oformljuju dvostrukom difuzijom primesa u epitaksijalni sloj. Epitaksijalni sloj je sa niskom koncentracijom primesa i prvenstveno slui za poveanje probojnog napona spoja kolektor- baza (ceo kolektor ne moe biti sa niskom koncentracijom primesa, jer bi, u tom sluaju, bila velika redna otpornost kolektora, a time i veliki pad napona na toj otpornosti; sa druge strane, velika koncentracija primesa u kolektoru dovela bi do niskog probojnog napona kolektorskog spoja, to bi bilo neodrivo za normalan rad tranzistora).Presek epitaksijalnog dvostruko difundovanog PNP tranzistora male snage
Presek epitaksijalnog dvostruko difundovanog PNP tranzistora male snageU praksi se koriste samo 3 naina vezivanja; spoj sa uzemljenom (zajednikom) bazom (a), spoj sa uzemljenim emitorom (b) i spoj sa uzemljenim kolektorom (c).Nacini vezivanja tranzistora
Naini vezivanja tranzistoraNacin rada tranzistora. Prvo analiziramo spoj koji je inverzno polarisan( kolektor-baza, cB). Kod ovog spoja struja je odreena inverznom strujom zasienja, koja zavisi od brzine kojom su manjinski nosioci u okolini spoja generisani. Oni se mogu generisati optiki, ak i termiki ali kog BJTa ideja je da se manjinski nosioci injektuju elektronskim putem. Da bi se injekcija postigla jedan kraj cB spoja, tj.baza spoja je, u neposrednoj vezi sa jednim direktno polarisanim PN spojem (emitor baza), koji svojim veinskim nosiocima ( upljinama), snabdeva bazu manjinskim nosiocima (opet upljinama).
Da bi manjinski nosioci u bazi imali funkciju oni moraju da ostanu nerekombinovani sve dok ne difunduju do granice oblasti prostornog tovara izmeu baze i kolektora. Ovo se postie malom irinom baze i povecanjem vremena ivota upljina u bazi WBLp. Da bi tranzistor bio efikasniji, potrebno je da samo jedan tip nosilaca dominira strujom u direktnio polarisanom spoju. Na taj nain se iz emitera injektuje upljine u bazu i one dominiraju strujom. Zbog toga je potrebno da emitor bude jako dopiniran akceptorimaNL NB.
Iz predhodnog izlaganja sledi da je smer struja IE u pravcu emitora, dok je smer struje kolektora iz pravca kolektora Ic. Struja baze zahteva neto duu analizu, sobzirom da ona predstavlja razliku struje emitora i kolektora koje su inace vrlo bliske. Struju baze ine tri komponente: rekombinacija upljina putem elektrona u bazi je sigurno prisutna i pored toga to je WBLp. Elektroni u tom sluaju nadoknauju iz kontakta baze.
Zbog direkne pilarizacije, deo elektrona iz baze prelazi na stranu emitora i pored toga to je emitor jako dopiniran. Mali deo struje elektrona dolazi iz kolektrora u bazu kao komponenta inverzna struja zasicenja kolektor-baza i time smanjuje baznu struju.Komponente bazne strujeIEP- struja koja je usled direkne polarizacije iz emitora injektovana u bazu
IEN- struja elektrona koja je usled direkne polarizacije iz baze prelazi u emitor
IcP- struja upljina koja je usled inverzne polarizacije iz baze prelazi u kolektor
IcN- struja elektrona koja je usled inverzne polarizacije iz kolektora prelazi u bazuTri komponente bazne struje: IB1= IEN , IB2= rekombinacija upljina u bazi, IB3= IcnIE= IEp+ IEn , Ic= Icp+Icn, IE= Ic +IBParametri performansi: eikasnost emitora , transportni faktor baze(T), strujno pojaanje u konfiguracii sa zajednikom bazom (dc), strujno pojaanje u konfiguracii sa zajednikom emitorom.
Efikasnost emitora. Efikasnost pojaanja struje PNP tranzistora raste kada pri konstantnoj struji emitora IE raste struja upljina IEp. Zato se definie parametar: Efikasnost emitora Transportni faktor baze (T). Frakcija struje manjinskih nosilaca koja iz emitora pree u bazu i difuzijom preko baze pree u kolektor naziva se trnsportnim faktorom baze za (PNP).Transportni faktor baze Strujno pojaanje u konfiguraciji sa zajednikom bazom (dc)Strujno pojacanje gde je IcB0 struja kroz kolektor kada je IE = 0.

Poreenjem zakljuujemo:

Strujno pojaanje u konfiguracii sa zajednikom emitorom .

Poreenjem zakljuujemo:

Ulazne karakteristike NPN tranzistora (za tranzistor za male signale).Izlazne karakteristike NPN tranzistora Izlazne karakteristike NPN tranzistora (za tranzistor za male signale).
Osnovna primena tranzistora je kao pojaavake komponente u pojaavakim kolima i prekidake komponente u prekidakim kolima. Iz sloenosti tranzistora proizilazi da se u toku eksploatacije mogu razlikovati razliiti radni reimi. Za potrebe pojaanja tranzistor se dovodi u aktivni reim. Preduslov za aktivni reim je direktna polarizacija spoja BE i inverzna polarizacija spoja Bc. Granice aktivnog reima ine zasienje i zakoenje. Inverznom polarizacijom spoja BE (pretpostavimo da je spoj Bc ve ranije bio inverzno polarizovan zbog aktivnog reima) pomona
struja padne na nulu i govorimo o zakoenju.Tranzistor ulazi u zasienje ako mu se oba PN spoja direktno polariu. U takvom sluaju se moe smatrati da su padovi napona na PN spojevima priblino konstantne vrednosti a struje su odreene spoljanjim elementima. Jedino mora vaiti nejednakost Ic