Materiały stosowane w elektroniceBezpiecznikiRezystoryKondensatoryDiody półprzewodnikoweTranzystoryCewki indujcyjneTransformatoryGłośnikiZasilacz stabilizowany

Przewodniki – ciała, które w swojej budowie posiadają elektrony swobodne. Wszystkie metale.

Najlepszymi przewodnikami prądu są metale (srebro, złoto, miedź aluminium).

Materiały oporowe – słabiej przewodzą prąd, wykorzystywane do produkcji rezystorów (oporników)

Chromonikielina (Cr, Ni, Fe), niekielina (Cu, Ni, Zn), konstantan (Cu, Ni), manganin (Cu, Ni, Mn)

Mamy dwa rodzaje : typu n (negativ) z nadmiarem elektronów, typu p (positiv) z niedoborem elektronów.

Typowymi półprzewodnikami są: german, krzem, selen

Dielektryki nie przewodzą prądu elektrycznego ponieważ nie posiadają w swojej budowie wolnych elektronów.Dialektrykami są np.: szkło, mika, żywica, tworzywa sztuczne, guma.

W elektronice stosuje się tzw. Bezpieczniki topikowe przerywające obwód elektryczny na skutek stopienia drutu. Bezpieczniki wykonane są w kształcie rurki zamkniętej z obu stron metalowymi kapturkami. Wewnątrz rurki znajduje się drut) z wolframu, srebra lub chromonikieliny) łączący kapturki zwany topikiem

Bezpieczniki topikowe:•Bezpieczniki szybkie•Bezpieczniki zwłoczne z kropla lutowia•Bezpieczniki zwłoczne z kroplą lutowia i grzejnikiem..

Bezpieczniki szybkie stosuje się w obwodach sieciowych, gdzie duży prąd występuje tylko w razie awarii.W bezpiecznikach zwłocznych rola kropli lutowia i grzejnika polega na wydłużeniu czasu zamknięcia obwodu.

Na kapturkach bezpiecznika umieszczone są dwie informacje. Pierwsza z nich oznacza maksymalna wartość natężenia prądu, przy których bezpiecznik nie ulega spaleniu, druga natomiast oznacza maksymalne napięcie.

Bezpieczników nie należy naprawiać. Spalony bezpiecznik należy wymieniać na nowy tego samego typu i o tym samym prądzie znamionowym.

Rezystor – opornik jest elementem najczęściej stosowanym w układach elektronicznych. Odpowiednio dobrany rezystor zapewniaprawidłową pracę tranzystorów, układów scalonych, wyznaczając żądana wartość natężenia przepływającego prądu. Stanowi on w obwodzie elektronicznym pewną określona rezystancję (przeszkodą) dla przepływających elektronów.

Symbol elektryczny rezystora

Wartość rezystancji podaje się w Ω (om) lub w jednostkach wielokrotnych kΩ (kiloom), MΩ (megaom). Znakowanie rezystorów polega na naniesieniu nakorpus rezystora barwnych pierścieni lub wprowadzeniu na korpus kodu literowo – cyfrowego. Kod barwnych pierścieni informuje o wartości rezystancji rezystora oraz o tolerancji dokładności jego wykonania. Na korpusie umieszczone są trzy lub cztery barwne pierścienie, których znaczenie opisuje tabela.

kolor 1 pierście

ń

2 pierścień 3 pierścień 4 pierścień

żaden - - - +-20%

srebrny - - 10 -2 +-10%

złoty - - 10 -1 +- 5%

czarny - 0 10 0 -

Brązowy 1 1 10 1 +-1%

Czerwony 2 2 10 2 +-2%

Pomarańczowy

3 3 10 3 -

Żółty 4 4 10 4 -

Zielony 5 5 10 5 +-0,5%

Niebieski 6 6 10 6 -

Fioletowy 7 7 10 7 -

Szary 8 8 10 8 -

biały 9 9 10 9 -

Pierwsze dwa pierścienie określają cyfry, trzeci mnożnik a czwarty tolerancją rezystancji. Odczytywanie kolorów zaczyna się od pierścienia umieszczonego najbliżej brzegu. Sposób dekodowania opisuję poniższy przykład

Nr pierścieni

a

kolor Znaczenie koloru

1 czerwony 2

2 pomarańczowy

3

3 brązowy 101

4 złoty +-5%23 x 101=23 x 10 = 230 Ω5% = 0,05 x 230 = 11,5 ΩMin rezystancja wynosi 230-11,5 = 218,5 ΩMax rezystancja wynosi 230+11,5 = 241,5 Ω

Kod literowo cyfrowy składa się z cyfr i literZnaczenie poszczególnych liter przedstawia się następująco:

Oznaczenie Nazwa Wartość liczbowa

k Kilo 1 000

M Mega 1 000 000

W zależności od miejsca zajmowanego prze literę, odczyt jest następujący: kod z literą k k1= 0,1 kΩ = 100 Ω 1k= 1 kΩ = 1000 Ω 2k2 = 2,2 kΩ =2200 Ω 47k = 47 kΩ = 47000 Ω

Rezystory mogą być łączone szeregowo, równolegle, lub w sposób mieszany.

Wartość wypadkową (całkowitą) rezystancji Rw tego układu oblicza się wg. Wzoru Rw = R1+R2Dla „R1 = 1 Ω R2 = 3 ΩRw = R1 + R2 = 1 Ω +3 Ω = 4 Ω

Szeregowe połączenie rezystorów

Wartość wypadkową (całkowitą) rezystancji Rw tego układu oblicza się wg. Wzoru

Dla „R1 = 8 Ω R2 = 2 Ω

Równoległe połączenie rezystorów

Przy równoległym połączeniu rezystorów wartość wypadkową rezystancji jest zawsze mniejsza od wartości rezystancji każdego rezystora wchodzącego w skład układu.Jeżeli rezystorów jest więcej niż dwa to rezystancję wypadkową oblicza się według wzoru:

Dla „R1 = 1 Ω R2 = 2 ΩR3 = 3 Ω

Wartość wypadkowa rezystancji wynosi

Mieszane połączenie rezystorów

Szczególnym rodzajem rezystora jest potencjometr. Posiada on trzy wyprowadzenia. Symbol graficzny potencjometra P jest podobny do symbolu rezystora.

W tych rezystorach istnieje możliwość zmiany rezystancji w sposób ciągły. Odbywa się to poprzez pokręcenie wałkiem potencjometra lub przesuwając suwakiem, do którego jest przymocowany ślizgacz. Ślizgacz porusza się po warstwie rezystywnej (lub po drucie) naniesionej na izolowane podłoże.

Termistory należą do półprzewodnikowych elementów rezystancyjnych. Działanie Termistora jako elementu półprzewodnikowego polega na tym, że przy wzroście temperatury zmienia się liczba swobodnych elektronów. Wartość rezystancji termistora jest uzależniona od zmian temperatury. Ze względu na charakter zmian rezystancji w funkcji temperatury rozróżnia się rodzaje termistorów:•o rezystancji malejącej ze wzrostem temperatury•o rezystancji rosnącej ze wzrostem temperatury•o rezystancji wykonującej gwałtowny skok w pewnym zakresie temperaturStosuje się je jako czujniki temperatury

Termistory

Działanie fotorezystorów jest oparte na wewnętrznym zjawisku fotoelektrycznym. Zjawisko to polega na tym, że energia świetlna powoduje uwolnienie elektronów z poszczególnych atomów. Elektrony te, staja się elektronami swobodnymi, umożliwiając przepływ prądu elektronowego przez półprzewodnik. Oznacza to, iż wartość rezystancji fotorezystora jest zależna od wartości natężenia oświetlającego go światła. Im większa wartość natężenia tym wartość rezystancji fotorezystora jest mniejsza. Rezystancja ta nie zależy od kierunku napięcia doprowadzonego do fotorezystora.. Fotorezystory mogą być wykorzystywane w układach elektronicznych jako detektory światła lub promieni podczerwonych. Wadą ich jest stabilność parametrów.

Fotorezystory

Najprostszy kondensator – to dwie metalowe płytki przedzielone dielektrykiem. Jako dielektryk stosuje się papier, powietrze, folię z tworzywa sztucznego, ceramikę, mikę itp. Od wielkości powierzchni płytek, ich wzajemnej odległości oraz zastosowanego dialektryka zależy tzw. Pojemność kondensatora.

Pojemność kondensatora – jest to zdolność gromadzenia ładunku elektrycznego. Im większa powierzchnia metalowych płytek (okładzin), mniejsza odległość pomiędzy nimi, tym większa jest pojemność kondensatora. Jednostką pojemności jest 1 farad (F). W praktyce używa się jednostekmniejszych.

Obecność dielektryka pomiędzy okładzinami kondensatora powoduje, że nie przewodzi on prądu stałego tzn. prądu dostarczonego z baterii, akumulatora, zasilacza. Dla Prądu przemiennego, jak np. z sieci stanowi on pewną przeszkodę, tym większą, im mniejsza jest pojemność kondensatora.Kondensatory dzielą się na;

1. Kondensatory o stałej wartości pojemności, której nie można zmienić (kondensatory papierowe, polistyrenowe, poliestrowe, elektrolityczne). Zastosowanie tych kondensatorów to: rozdział prądu stałego od prądu zmiennego, likwidacja zakłóceń, łączenie różnych obwodów

2. Inny rodzaje kondensatorów są kondensatory o zmiennej pojemności. Dzielą się na:

• regulacyjne• NastawczeZmianę pojemności w tych kondensatorach, uzyskuje

się przez równoległe przesuwanie względem siebie dwóch zespołów okładzin. Kondensatory regulacyjne znajdują zastosowanie np. w odbiornikach radiowych. Dzięki nim istnieje możliwość dostrojenia odbiornika do żądanej stacji. Kondensatory nastawcze służą np. do dostrajania obwodów rezonansowych, których zadaniem jest wydzielenie odpowiedniej częstotliwości.

Symbol kondensatora o stałej pojemności przedstawia rysunek:

Symbol ten dotyczy wszystkich kondensatorów o stałej pojemności z wyjątkiem kondensatorów elektrolitycznych i tantalowych, których symbol przedstawia się następująco.

Kondensatory elektrolityczne ze względu na swoją budowę muszą być podłączone do układu zgodnie z ukazaną na obudowie biegunowością. Odwrotne połączenie prowadzi do zniszczenia kondensatorakondensator regulacyjny przedstawiamy nastepującym symbolem:

Kondensator nastawczy

Kondensatory łączy się ze sobą w sposób szeregowy, równoległy oraz mieszany.Szeregowe połączenie

Równoległe połączenie

Mieszane łączenie

21

21

CCCC x

wC

21 CCCw

)(

)(

321

321

CCC

CCxCCw

Diody posiadają dwie elektrody :ujemna katodę, dodatnią anodę. Istnieją wiele typów diod:1.Diody prostownicze2.Diody detekcyjne3.Diody stabilizacyjne4.Diody świecące

Dioda prostowniczaSymbol diody prostowniczej A – AnodaK – katoda

Diody posiadają właściwość przewodzenia prądu w jednym określonym ściśle kierunku. Jeśli do anody podłączony zostanie plus baterii, a do katody minus do dioda będzie przewodzić prąd i żarówka będzie świecić

Jeżeli w układzie tym zmienimy połączenie diody tzn katodę połączymy z plusem, a anodę z minusem baterii, to dioda nie będzie przewodziła, a żarówka nie zaświeci się.

Dioda w stanie przewodzenia

Dioda w stanie zaporowym

Dioda detekcyjna

Diody detekcyjne mogą być diodami krzemowymi bądź germanowymi. Diody detekcyjne znajdują zastosowanie głownie w odbiornikach radiowych i telewizyjnych. Służą miedzy innymi do wyodrębnienia z sygnału wielkiej częstotliwości (niesłyszalnego) – sygnał małej częstotliwości (słyszalny).

Diody stabilizacyjne Symbol graficzny diody stabilizacyjnej D przedstawia się następująco:

Diody stabilizacyjne, zwane także diodami Zenera, znalazły głownie zastosowanie w zasilaczach, gdzie wymagana jest duża stabilność niezmienność napięcia. Zasilacze stabilizowane dostarczają (zamiast)baterii) napięcia stałego (wartość tego napięcia się nie zmienia). Służa do zasilania kalkulatorów, odbiorników radiowych. Dioda Zenera jest włączana do obwodu odwrotnie niż diodę prostowniczą.

Diody świecące zwane są także didami elektroluminescencyjnymi lub diodami LED (Light Emitting Diode). Pod wpływem przepływającego prądu mogą świecić barwą czerwoną, żółtą lub zieloną. Kolor emitowanego światła zależy od materiału półprzewodnikowego, z jakiego jest wykonana dioda. Intensywność świecenia zależy od wartości natężenia przepływającego prądu. Diody święcące stosuje się jako wskaźniki sygnalizacyjne lub do cyfrowych wyświetlaczy a także do produkcji telewizorów LCD z podświetlaniem LED, żarówek i innych.

Diody świecące

Budowa i przeznaczenie tranzystorówTranzystor warstwowy składa się z dwóch złączy typu p-n lub typu n-p, które położone są blisko siebie. Istnieją dwa typy tranzystorów:•Typ p-n-p•Typ n-p-n..

Tranzystor ma trzy elektrody:•E – emiter•B- baza•C - kolektor

•Typ p-n-p

•Typ n-p-n..

Oba typy tranzystorów spełniają w układzie te same zadania, a różnią się sposobem zasilania. W tranzystorze typu p-n-p – kolektor i baza zasilane są z ujemnego bieguna, a emiter z dodatniego. W tranzystorze n-p-n jest odwrotnie. Baza i kolektor zasilane są z plusa zasilania, a emiter z minusa. Tranzystory są stosowane m.in. W układach wzmacniaczy, generatorów, zasilaczy. Zasada działania tranzystorówW przybliżeniu tranzystor można sobie wyobrazic jako dwie diody półprzewodnikowe połączone przeciwnie. Diodę D1 (baza emiter) włącza się do układu w ten sposób,aby była ona w stanie przewodzenia, tzn do emitera podłacza się minus, a do bazy plus zasilania. Diodę D2 (baza kolektor)włącza się w ten sposób, aby była ona w stanie nieprzewodzenia (zaporowym). Kolektor C podłacza się do plusa zasilania

Zasada działania tranzystorówW przybliżeniu tranzystor można sobie wyobrazić jako dwie diody półprzewodnikowe połączone przeciwnie. Diodę D1 (baza emiter) włącza się do układu w ten sposób, aby była ona w stanie przewodzenia, tzn. do emitera podłącza się minus, a do bazy plus zasilania. Diodę D2 (baza kolektor)włącza się w ten sposób, aby była ona w stanie nieprzewodzenia (zaporowym). Kolektor C podłącza się do plusa zasilania

Cewki indukcyjne dzielą się na dwie grupy: •rdzeniowe i •bezrdzeniowe.Cewki rdzeniowe, z rdzeniem stalowym, znalazły zastosowanie do budowy transformatorów małej częstotliwości, a bezrdzeniowe wykorzystuje się w układach strojeniowych odbiorników radiowych i telewizyjnych.

Cewka z rdzeniem stalowym cewka bez rdzenia

Cewka zbudowana jest z korpusu papierowego lub z tworzywa sztucznego. Na korpusie nawinięte są jedno lub wielowarstwowo zwoje drutu miedzianego. Każdy prąd przepływający przez cewkę wytwarza wokół niej pewne pole magnetyczne. Prąd stały (z baterii) przepływający przez cewkę, wytwarza wokół cewki stałe pole magnetyczne, tym większe, im większa jest wartość natężenia przepływającego prądu. Cewka prze który przepływa prąd stały, zachowuje się podobnie jak magnes.

Dla prądu przemiennego, np. z sieci (kierunek i wartość przepływającego prądu ulega ciągłym zmianom), cewka stanowi pewne utrudnienie w jego przepływie, tym większe, im większa jest liczba zwojów cewki. Wartość natężenia przepływającego prądu jest odwrotnie proporcjonalna do liczby zwojów.

Przepływający przez cewkę prąd zmienny wytwarza wokół niej zmienne pole magnetyczne, które może oddziaływać na inną, umieszczona dostetecznie blisko cewkę. Możluiwość bezprzewodowego oddziaływania jednej cewki na dryga (indukcja magnetyczna) znalazła zastosowanie w budowie transformatorów.

Najprostszy transformator to dwie cewki indukcyjne umieszczone na jednym wspólnym rdzeniu stalowym. Symbol graficzny transformatora.

Uzwojenie 1-2 nazywa się uzwojeniem pierwotnym, a uzwojenie 3- uzwojeniem wtórnym. Cewki te nie są ze sobą połączone elektrycznie. Transformatory, w zależności od posiadanej ilości zwojów na poszczególnych uzwojeniach mogą obniżać bądź podwyższać napięcie.

Napięcie na uzwojeniu wtórnym U2 jest tyle raz większe od napięcia na uzwojeniu pierwotnym U1 ile razy liczba zwojów uzwojenia wtórnego n2 jest większa od liczby zwojów uzwojenia pierwotnego n1

nn

UU

1

2

1

2

Transformatory stosowane w prostownikach i zasilaczach mają za zadanie obniżać wysokie napięcie (230v) sieci do wartości rzędu kilkunastu woltów. Ze względu na współpracę tych transformatorów z „siecią” noszą one nazwę transformatorów sieciowych. Uzwojenie pierwotne tych transformatorów składa się z kilkuset zwojów cienkiego dutu podłączonego wprost do sieci. Uzwojenie wtórne – to kilkadziesiąt zwojów grubego drutu. Grubość drutu planuje się w zależności od przewidywanej wartości natężenia przepływającego prądu. Niektóre transformatory mogą, posiadać kilka uzwojeń wtórnych dostarczając różnych napięć. Transformatory maja również zastosowanie w energetyce do podwyższania napięcia elektrycznego przesyłanego na duże odległości.

Zasada działania transformatorów:Źródło napięcia przemiennego jest przyczyną przepływu w obwodzie pierwotnym prądu elektrycznego, który ulega ciągłym zmianom co do kierunku i wartości. Dla napięcia sieci odbywa się to z częstotliwością 5o Hz, Oznacza to, że w ciągu jednej sekundy prąd w uzwojeniu pierwotnym płynie na przemian 50 razy od końcówki 1 do 2 i 50 razy od końcówki 2 do 1. Nagłe zmiany wartości oraz kierunku przepływu prądu są powodem powstania zmiennego pola magnetycznego. Pole to przenosi się poprze rdzeń transformatora na uzwojenie wtórne, powodując powstanie przemiennego napięcia wtórnego na końcówkach 3-4. Napięcie wtórne jest przyczyną powstania prądy w uzwojeniu wtórnym. Prąd ten także ma częstotliwość 50 Hz.

Oznacza to, iż przez włókno żarówki (w ciągu sekundy) prąd płynie na przemian 50 razy w jednym kierunku i 50 w drugim kierunku. Wartość natężenia prądu ulega cały czas zmianom i 100 razy jest równa zeru. Szybkość zmian przepływu prądu oraz duża bezwładność rozżarzonego włókna jest powodem nie dostrzegania wahań jasności święcącej żarówki.

Napięcie przemienne sieci – to takie napięcie, którego wartość oraz kierunek stale ulega zmianie. Napięcie to może służyć do bezpośredniego zasilania grzałek, żarówek, lecz nie może zasilać układów elektronicznych.Układy elektroniczne takie jak: wzmacniacze, generatory wymagają stałego określonego kierunku i stałej wartości napięcia zasilającego. Napięcie o stałej wartości i stałym kierunku nazywa się napięciem stałym. Przemienne napięcie sieci można przetworzyć na napięcie stałe. Rolę przetworników spełniają zasilacze stabilizowane. Schemat blokowy zasilacza składa się z następujących bloków:

Blok transformatora sieciowego - Zadaniem bloku transformatora sieciowego jest obniżenie wysokiego napięcia sieci oraz zabezpieczenie (przeciwzwarciowe) uzwojenia pierwotnego. W bloku tym znajduje się także włącznik napięcia oraz kondensator C, który zapobiega przedostawaniu się, od strony sieci sygnałów wielkiej częstotliwości, które mogłyby zakłócić pracę zasilacza)

Napięcie na uzwojeniu wtórnym ma taki sam kształt i częstotliwość jak napięcie pierwotne, lecz jego wartość ulega wielokrotnemu pomniejszeniu.

Blok prostownika - Zadaniem bloku prostownika jest zamiana dwukierunkowego napięcia przemiennego na napięcie jednokierunkowe. W bloku prostownika znajdują się cztery diody prostownicze. Diody: D2, D3 kierują, ujemnie połówki na końcówkę 4.)

Zasilacz zbudowany z dwóch bloków tj. bloku transformatora oraz bliku prostownika przydatny jest jako prostownik do ładowania akumulatorów oraz może również napędzać silniki prądu stałego.

Blok filtrujący - Blok filtrujący (W skład bloku filtrującego wchodzi kondensator C2 o dużej pojemności równej 1000 µf (16V)).

Mostek Greatza

Zmiany napięcia są przyczyną „buczenia” odbiornika radowego dołączonego do tego zasilacza. Likwidacja tych wahań dokonuje się w bloku stabilizatora.

Blok stabilizatora – W skład bloku stabilizatora wchodzą Kondensator C3 o pojemności 220 pF

Rezystor R o rezystancji 430 ΩTranzystor TDioda Zenera Dz

Kondensator C4 o pojemności 470 µF

Bezpiecznik zwłoczny B2