Predavanje 4

ELEKTRONIKAELEKTRONIKA

KOMPONENTE

Nerecenzirana radna verzija materijala za predavanja iz predmeta Elektronika, Prof. S. Marinkovi, deo materijala preuzet od prof. P. Bonjakovi

2SADRSADRAJAJ KOMONENTE ELEKTRONSKIH KOLAKOMONENTE ELEKTRONSKIH KOLA OtporniciOtpornici KondenzatoriKondenzatori KalemoviKalemovi Integrator, diferencijatorIntegrator, diferencijator

KOMPONENTE ELEKTRONSKIH UREEJAKOMPONENTE ELEKTRONSKIH UREEJA TransformatoriTransformatori ReleaRelea Kristal kvarcaKristal kvarca

3OTPORNICIOTPORNICI Komponente koje unose otpornost u elektino kolo Koriste se za regulaciju struja i napona Elektrina otpornost se obeleava sa R i zavisi od

dimenzija otpornika i od materijala od koga je napravljen Za otpornik u kome je uspostavljeno homogeno

elektrino polje i koji ima konstantan popreni presek

SlR =

- SPECIFINA ELEKTRINA OTPORNOST [m]l - DUINA PROVODNIKAS - POPRENI PRESEK

4IDEALAN OTPORNIKIDEALAN OTPORNIK IDEALAN OTPORNIK je ureaj u kome se elektrina energija

pretvara u toplotnu i nikad se ne akumulie u obliku magnetske i elektrostatike energije

I

U

IDEALAN OTPORNIK je okarakterisan samo sa R i na stalnoj temeraturi elektrina otpornost ne zavisi od jaine struje I i prikljuenog napona U

5OtporniciOtpornici Temperaturni koeficijent otpornosti

TC () se obino izraava u %/C ili u milionitim delovima po stepenu temperature ppm/C

Kod veine otpornika zavisnost R od temperature se moe aproksimirati:

Takoe se navodi i temperaturna otpornost

RdTdRTC 1==

))(1( 00 TTRR +=

=WK

PTR

o

, R zavise od temperature

Ro otpornost na To

T - temperaturna razlikaP- snaga disipacije na otporniku

6Ekvivalentna Ekvivalentna ema fiziema fizikog otpornikakog otpornika Pored elektrine otpornosti, otpornik poseduje i parazitnu

induktivnost i parazitnu kapacitivnost

Uticaj parazitnih kapacitivnosti i induktivnosti se obino zanemaruje, ali se, kada se zahteva visoka tanost na visokim frekvencijama moraju uzeti u obzir

L=8010-9H, C=0.5 pF

R L

C

7PPokazatelji kvaliteta okazatelji kvaliteta ootpornikatpornika TOLERANCIJA: % maksimalnog odstupanja od

nominalne (eljene) vrednosti otpornosti; standardizovane vrednosti:

VREMENSKA STABILNOST OTPORNIKA: specificira se kao relativna promena otpornosti u odreenom vremenskom intervalu pri odreenim uslovima rada(npr. 6%/1000 h na 70C)

PROMENA OTPORNOSTI U ZAVISNOSTI OD NAPONA(0.1 ppm/V dobri , 350 ppm/V obini)

UTICAJ VLANOSTI UTICAJ ATMOSFERSKOG PRITISKA

%20%,10%,5%,2%,1%,5.0%,25.0%,1.0

8OZNAOZNAAVANJE OTPORNIKA BOJAMAAVANJE OTPORNIKA BOJAMA

9PPodela otpornikaodela otpornika

PREMA TOME DA LI SE OTPORNOST MENJA I KAKO fiksni, promenljivi, polupromenljivi (trimeri), nelinearni

PREMA MATERIJALU I NAINU IZRADE iani, od mase, slojni, poluprovodniki, od

specijalnih materijala PREMA ZATITI: nezatieni, zatieni lakom, zaliveni, vakuumirani,

preliveni staklom... PREMA NAMENI: opte i specijalne namene

podele se mogu izvriti i prema vrednosti otpornosti, snage disipacije...

10

Vrste otpornikaVrste otpornika Sastoje se od otpornog sloja (filma) nanetog na

izolatorsku podlogu (najee keramiku cevicu) na ijim su krajevima privreni kontakti

U zavisnosti od otpornog sloja dele se na ugljene, metalslojne, metaloksidne i kompozitne

UGLJENI OTPORNICI OTPORNI SLOJ IZRADJEN OD UGLJENIKA (CARBON

FILM); PREDNOSTI: jednostavna izrada, mala zavisnost otpornosti

od uestanosti, velika stabilnost

11

METALSLOJNI OTPORNICI SLINI UGLJENIM ALI JE OTPORNI SLOJ IZRAEN OD

LEGURE METALA; otporni sloj se nanosi vakuumskim naparavanjem ili rasprivanjem metala i vrlo je tanak (1m);

METALNI SLOJ NAJEE: PLATINA, PALADIJUM, HROM-NIKL LEGURE... manjih su dimenzija od ugljenih pri istoj snazi, imaju bolju temperaturnu karakteristiku (: 50-100 ppm/c)

METALOKSIDNI IMAJU OTPORNI SLOJ IZRAEN OD OKSIDA METALA

NAJESE OD DIOKSIDA KALAJA; istih spoljnih dimenzija kao i metalslojni otpornici ali stabilniji pri impulsnom reimu rada

KOMPOZITNIKOMPOZITNI OTPORNI SLOJ SASTOJI SE OD MEHANIKE SMESE AI

(GRAFITA) SA VEZIVNIM SREDSTVIMA (ORGANSKI ILI NEORGANSKI DIELEKTRICI)

PREDNOSTI: jednostavnost izrade i niska cena(: 70 10-4 1/C)

Vrste otpornikaVrste otpornika

12

Vrste otpornikaVrste otpornika OTPORNICI OD MASE

NAJEE UPOTREBLJAVANI: cena niska, proizvodnja jednostavna

IZRAUJU SE NA BAZI KERAMIKA I NA BAZI LAKA: nisu visioke preciznosti, nestabilni su, unose veliki um

IANI OTPORNICI NA IZOLACIONO TELO OD KERAMIKE ILI

PORCULANA JE NAMOTANA ICA OD LEGURA VELIKE SPECIFINE OTPORNOSTI

mogu biti izraeni sa velikom preciznou, temperaturno kompenzovani, STABILNIH SU KARAKTERISTIKA, MALI UM

CENA IM JE VELIKA, proizvodnja sloena, imaju velike dimenzije

13

OOtpornitpornike mreke mreee Otpornike mree se koriste kao: razdelnici napona u mernim instrumentima, kao

otpornici za pretpolarizaciju signalnih linija u digitalnim ureajima

14

PPromenljivi otporniciromenljivi otpornici ELEKTROMEHANIKI SKLOP koji se sastoji od

otpornog elementa sa tri kraja, od kojih je jedan klizni kontakt

KONSTRUKCIJA: klizni i obrtni Oblikovanjem tela na koje se nanosi rezistivni materijal

postie se eljeni oblik zavisnosti r od poloaja kliznog kontakta

NAMENA: preset i kontrolni

15

DDiferencijalna otpornostiferencijalna otpornost KADA OTPORNOST ZAVISI OD NAPONA I STRUJE DEFINIE

SE DIFERENCIJALNA OTPORNOST:

NEGATIVNA DIFERENCIJALNA OTPORNOST

dIdVR =

16

NNelinearni otpornicielinearni otpornici Otpornost ovih otpornika nelinearno i u velikoj meri

zavisi od temperature, svetlosti, elektrinog ili magnetnog polja

VARISTORI otpornost se izrazito menja sa promenom napona

KORISTE SE ZA ZA ZATITU ELEKTRONSKIH KOLA OD PRENAPONA

prave se od silicijum karbida (SiC) ili sinterovanog oksida cinka (ZnO)

1, >= kIU

17

NNelinearni otpornicielinearni otpornici TERMISTORI- OTPORNOST IZRAZITO I NELINEARNO ZAVISI

OD TEMPERATURE; NTC TERMISTORI otpornost izrazito opada sa porastom

temperature

PTC TERMISTORI otpornost izrazito raste sa porastom temperature

)11(

00TT

b

TT eRR=

)( 0TTbT eAR

=

18

KONDENZATORIKONDENZATORI ELEMENT U KOME SE ELEKTRINA ENERGIJA

AKUMULIE U ELEKTROSTATIKU KONDENZATOR obrazuju dva provodna tela razdvojena

izolatorom, naelektrisana jednakim koliinama naelektrisanja suprotnog polariteta

U- razlika potencijalaC- kapacitivnost

U optem sluaju elektrina kapacitivnost zavisi od oblika i meusobnog poloaja oba tela kao i od osobina dielektrika

CUVVCQ == + )(

19

KONDENZATORIKONDENZATORI ELEKTRINA KAPACITIVNOST PLOASTOG

KONDENZATORA ODREENA JE FORMULOMS povrina pload rastojanje

izmeu ploa

promena napona uc na krajevima kondenzatora

napon na krajevima kondenzatora ne moe trenutno da se promeni

dSC =

0lim,0

===t

cc

c utCi

Cqu

20

Linearno nepromenljiv kondenzatorLinearno nepromenljiv kondenzator

u

qCuCq =

uqC =

dtduC

dtdqti ==)(

0

0

)(1)( UdiC

tut

t

+= dtduCti =)(

21


Napon na krajevima kondenzatora kroz koji protie stalna struja linearno se menja sa vremenom

C i(t) uC(t)

0CCC

0

)(1)( UdiC

tut

t

+= t

CIuc =

iC(t)t

uC(t)

UC0 t

22


dtduCti cc =)(

C

tUtuc sin)( =

+==2

sin)( tCUdtduCtiC

t

iC(t)

uC(t)

T

2

t T/4 /2

T/2

+=2

sin)( tItiCIXI

CU C==

1

Reaktansa kondenzatora

Napon kasni za strujom za /2

CUI = ODNOS AMPLITUDA ZAVISI ODNOS AMPLITUDA ZAVISI

OD UOD UESTANOSTIESTANOSTI

23

Reaktansa kondenzatoraReaktansa kondenzatora

CIUXC

1==

=)0(CX

0)( =CX

ZA JEDNOSMERNI (STALNI) NAPON KONDENZATOR PREDSTAVLJA PREKID

ZA BRZE PROMENE NAPONA KONDENZATOR PREDSTAVLJA KRATAK SPOJ

24

Veze kondenzatoraVeze kondenzatora Redna veza kondenzatora:

Paralelna veza kondenzatora:

C1C2 Cn1

ne CCCC1...111

21

+++=

ne CCCC +++= ...21C1

C2

Cn

1 2

25

KARAKTERISTIKE KONDENZATORAKARAKTERISTIKE KONDENZATORA ELEKTRINA VSTOA KONDENZATORA PROBOJNI NAPON RADNI (NOMINALNI) NAPON STABILNOST KONDENZATORA (NEPROMENLJIVOST

OSOBINA PRI PROMENI RADNIH USLOVA, PRE SVEGA SPOLJANIH KLIMATSKIH I MEHANIKIH UTICAJA)

PROMENA SA TEMPERATUROM

TAKOE UTIU VLANOST, ATMOSFERSKI PRITISAK, MEHANIKI UTICAJI

)1(0 TCC C+=

26

Ekvivalentno kolo fiziEkvivalentno kolo fizikog kondenzatorakog kondenzatora

R1 otpornost usled dielektrinih gubitaka R2- otpornost usled postojanja struje curenja I pri konstantnoj

struji Lp induktivnost elektroda razlika izmeu /2 i ugla za koji prednjai struja naponu u

sluaju realnog kondenzatora ugao gubitaka

R1

R2

CLp1 2

34

27

Podela kondenzatoraPodela kondenzatora KERAMIKI KONDENZATORI

mali rr >10000, manje dimenzije ali i nelinearna zavisnost

kapacitivnosti od t i u, neto vei gubici 35000>r >50000, male dimenzije, ali izraena nelinearna

zavisnost od t keramiki kondenzatori imaju najmanju parizitnu

induktivnost METALIZOVANI PLASTINI- dielektrik sintetiki plastini

materijal, male dimenzije, mali gubici i dobra temperaturnastabilnost

ELEKTROLITSKI - aluminijumski, titan, tantal kondenzatori elektrolitski kondenzatori imaju najveu kapacitivnost po

jedinici zapremine

28

Promenljivi kondenzatoriPromenljivi kondenzatori OBRTNI POLUPROMENLJIVI (TRIMERI) VARIKAP DIODE

29

OznaOznaavanje kondenzatoraavanje kondenzatora Oznaavanje se vri na vie naina:

KRAMIKI se obino oznaavaju implicitno preko brojeva

npr: 223=22 X 1000 pF

ELEKTROLITSKI: eksplicitno

C

30

KALEMOVIKALEMOVI Element u kome se elektrina energija akumulie u

magnetsku energiju Veza izmeu struje i napona idealnog kalema:

0

0

)(1)(,)()( Lt

tLL

LL IduL

tidttdiLtu +==

0lim,0

== itLui

tL

L

L

Struja kroz idealniStruja kroz idealnikalem ne mokalem ne moe trenutnoe trenutnoda se promenida se promeni

31

Ekvivalentna Ekvivalentna ema kalemaema kalema

R1 gubici u jezgru, namotajima i dielektrini gubici C1 parazitna kapacitivnost ( da bi se smanjila

kapacitivnost: motanje u obliku piramide, kalemska tela sa pregradama, unakrsno motanje kalemova

L R1

C1

32

INDUKTIVNOSTINDUKTIVNOST Osnovna veliina koja karakterie kalem je njegova

induktivnost L Definie se:

Kada se zanemari unutranja induktivnost u linearnim sredinama:

induktivnost dugakog cilindrinog kalema (l >> prenika srednjeg navojka)

sa jezgrom:

induktivni faktor Al

2

2IWL m=

INL =

mH

lSNL 70

20 104,

==

lSNL r

20

2NAL L=

33

Stabilnost kalemovaStabilnost kalemova Promena pod dejstvom temperature, vlage i starenja Promena temperature utie indirektno usled promene

sopstvene otpornosti, sopstvene kapacitivnosti i usled promene dimenzija kalema i usled promene magnetnih osobina materijala jezgra

TEMPERATURNI KOEFICIJENT INDUKTIVNOSTI TCL

Takoe utie vlaga i starenje koje se najee javlja usled mehanikih naprezanja u materijalu

LTLTCL 1

=

34

VariometriVariometri VARIOMETRI su promenljivi kalemovi Dele se na: Variometri sa PROMENLJIVIM BROJEM

ZAVOJAKA Variometri sa PROMENLJIVOM UZAJAMNOM

INDUKTIVNOU Variometri sa POKRETNIM MAGNETNIM

JEZGROM Variometri sa NEMAGNETNIM JEZGROM

35

RC kolo za RC kolo za integracijuintegraciju ULAZNI SIGNAL

IZLAZNI SIGNAL

=RC vremenska konstanta

Napon na izlazu dostigne 99% vrednosti napona na ulazu za ~ 4.7 smatra se da je napon na izlazu dostigao krajnju vrednost za 5-10

)()( tVhtvu =

36

Odziv RC kola na impulsnu pobuduOdziv RC kola na impulsnu pobudu

)1()( t

i eVtv=

t

i Vetv=)(

37

CR kolo za diferenciranjeCR kolo za diferenciranje ULAZNI SIGNAL

IZLAZNI SIGNAL

Napon na izlazu opadne na 0.01V za ~ 4.7 Smatra se da napon na izlazu dostigne krajnju vrednost posle 5-

10

)()( tVhtvi =

38

Odziv CR kola na impulsnu pobuduOdziv CR kola na impulsnu pobudu

t

i Vetv=)(

t

i Vetv=)(

39

TRANSFORMATORITRANSFORMATORI

40

IDEALNI TRANSFORMATORIDEALNI TRANSFORMATOR Zanemarena otpornost primara i sekundara Nema rasipnog fluksa Ne postoje gubici u jezgru

n- prenosni broj transformatora1

2

2

1

2

1

2

1

2

1

,

,

NN

II

NN

UU

NNn

=

=

=

41

REALNI TRANSFORMATORREALNI TRANSFORMATOR Namotaji realnog transformatora imaju izvesne elektrine otpornosti Postoji rasipni fluks (koji se modeluje kao rasipna induktivnost primara i sekundara) Kada transformator radi u reimu praznog hoda za odravanje fluksa kroz jezgro potrebna je neka struja - struja magneenja Gubici u jezgru gubici usled vihornih struja, usled histerezisa iznad 500 Hz dolaze do izraaja i parazitne kapacitivnosti

42

Magnetni materijal za jezgroMagnetni materijal za jezgro Koriste se magnetno meki materijali Materijal u vidu lima: od legure gvoa sa

silicijumom ili legure gvoa i nikla Magnetodielektrik: materijal u vidu metalnog praha

pomeanog sa nekim dielektrikom i presovan u homogenu masu; koriste se za visokofrekventne kalemove radi smanjenja gubitaka usled vihornih struja

Feriti: magnetni materijali koji imaju visoku specifinu otpornost pa smanjuju gubitke usled vihornih struja vie nego magnetodielektrici; koriste se za izradu jezgra visokofrekventnih kalemova

43

Transformatorska jezgraTransformatorska jezgra Predstavljaju putanju male magnetne otpornosti za

zajedniki fluks primara i sekundara, odnosno omoguavaju bolju spregu i bolji prenos energije

Da bi se smanjili gubici usled histerezisa koriste se materijali sa uskom histerezisnom petljom

Da bi se smanjili gubici usled vihornih struja koriste se materijali sa velikom vrednou specifine otpornosti (za mrene filtre koriste selegure gvoa i silicijuma ili nikla a za visoke frekvencije feriti

Sa poveanjem uestanosti jezgro transformatora se smanjuje

44

Vrste transformatoraVrste transformatora MRENI TRANSFORMATORI

rade na uetanosti 50 Hz

NISKOFREKVENTNI TRANSFORMATORI rade na uestanostima od 20 hz 20000 Hz

VISOKOFREKVENTNI TRANSFORMATORI uestanosti vee od 10 kHz

IMPULSNI TRANSFORMATORI irokopojasni transformator projektovan da to vernije prenosi

impulse

45

RELEARELEA Elektrine komponente ija je osnovna uloga da pod

dejstvom upravljakog signala vre niz operacija ukljuivanja i iskljuivanja u elektrinim kolima

Najznaajnije osobine: galvansko odvajanje kontrola velike snage pomou slabih signala funkcionalnost u irokom opsegu vrednosti ulaznih signala

REED RELAY POLARIZOVANO RELE(MONOSTABILNA I BISTABILNA)

46

KRISTAL KVARCAKRISTAL KVARCAL1- zavisi od mase kristalne ploiceC1- zavisi od elastinosti ploiceR1- otpornost gubitakaC0- zavisi od kapacitivnosti elektroda

1121CL

fs =

01

0112

1

CCCCL

f p

+=

Documents

Predavanje 4