SKRIPTA ZA ELEKTRONIKU
UVOD
Energija, elektrina energija, strujni krugPojava svjetlosti,
topline, raznih zraenja i sl. nazivamo energijom.Uz energiju uvjek
postoji i izvor energije. Naprimjer, izvor svjetlosti moe biti
sijalica ili sunce, topline radijator, pe, pegla, bojler itd. Veina
stvari u prirodi prima ili odailje neku vrstu energije.
ovjek oduvjek koristi razne izvore energije. Jo u davna vremena
ovjek je ukrotio ivotinje i koristio ih za prevoz, oranje zemlje i
druge radove koji su za ovjeka mnogo tei. Mnogo kasnije ovjek je
iskoristio energiju toka rijeke i vjetar. Nakon toga otkriven je
parni stroj i poele su se graditi prve tvornice koje su za prve
pojmove koristile ogromne energije. Krajem 19. st i poetkom 20. st.
u upotrebu dolazi elektrina energija. Poela je gradnja termo i
hidroelektrana, a kasnije i nuklearnih elektrana ogromnih
kapaciteta. U dananje vrijeme nemogue je zamisliti ikakav pogon
koji radi bez prisustva elektrine energije. Ova energija je svakako
najrasprostranjenija vrsta energije koja postoji. Pokree sve, od
malog runog sata, lampi, raunala, pa sve do ogromnih tvornica.Za
nas je najvanija elektrina energija. Pitate se zato? Zamislite
svijet bez elektrine energije, bez sijalica, telefona, hladnjaka,
televizora, radio ureaja, elektrinih grijalica...Drugi razlog je,
kako na primjer pretvoriti svjetlost u toplinu, ili kako pretvoriti
gibanje rijeke u toplinu ili svjetlost, ili naprimjer opet u
gibanje.
Iako se oboje na prvi pogled ini nemoguim, mogue je, ali samo uz
prisustvo elektrine energije.
Elektrina energija je jedina(dosad poznata) energija koja se
vrlo lako dobiva iz drugih oblika energije, te se isto tako lako
pretvara u skoro bilo koji drugi oblik. Tako moemo iz prirodnih
oblika energije dobiti elektrinu energiju, a iz elektrine energije
oblik koji nam treba. Elektrina energija nije nita novo u prirodi,
munja je jedan oblik prirodne elektrine energije. Prirodna
elektrina energija je odgovorna ak i za koroziju spoja razliitih
metala. Rjeimo problem od prije. Svjetlost pomou solarnih elija
pretvorimo u elektrinu energiju, te je u elektrinoj grijalici
pretvorimo u toplinu. Solarne elije su ureaji koji mogu svjetlost
pretvoriti u elektrinu energiju. Bilo koji ureaj koji pretvara neki
oblik energije u elektrinu energiju zove se izvorom elektrine
energije (struje).
U prirodi vrijedi zakon o ouvanju energije koji kae da se
energija ne moe ni iz ega stvoriti niti unititi, moe se samo
pretvarati iz jednog oblika u drugi. Dakle izvori elektrine
energije ne stvaraju energiju, nego je samo pretvaraju iz drugih
oblika. Po tome iz koje energije se dobiva elektrina, izvore
dijelimo u dvije glavne skupine:
-Mehaniki izvori el. energije pretvaraju mehaniku energiju
(energiju gibanja) u elektrinu.
To su npr:
o Elektrane (generatori)
Hidroelektrane
koriste energiju toka vode i pretvaraju je u el. energiju.
Termoelektrane
koriste toplinu dobivenu izgaranjem plina, nafte ili ugljena za
dobivanje el. energije
Nuklearne elektrane
koriste atomsku energiju za zagrijavanje vodene pare iji tok
pokree generator i pretvara to gibanje u el. energiju.
o Agregati
- Kemijski izvori el. energije pretvaraju pohranjenu kemijsku
energiju u elektrinu.
o Baterije, lanci, akumulatori (koriste elektrolite)
- Postoje jo solarne elije, termolanci, te jo mnogi drugi
izvor
Glavni izvori elektrine energije danas su elektrane, i iz njih
se dobivaju ogromne koliine el. energije koji se razvode po
kuanstvima. Hrvatska ima napon el. mree 220 Volti, dok je u
zapadnim zemljama on 110 Volti.
Princip rada termoelektrane:Kotao zagrijava vodenu paru na
visoku temperaturu, i ona velikom brzinom prolazi kroz cijevi i
okree turbinu generatora koji pretvara energiju u elektrinu a zatim
se u kondenzatoru para hladi i vraa u kotao. Isti osnovni princip
ima i nuklearna elektrana, samo to ona vodu zagrijava nuklearnim
procesom zvanim fisija, odnosno razbijanjem atomskih jezgara.
Nuklearne elektrane ne zagauju atmosferu i imaju vrlo veliki
kapacitet, ali stvaraju nuklerani otpad koji je vrlo opasan zbog
radioaktivnosti. Takoer postoji opasnost od kvara unutar takvih
elektrana koje tada mogu postati velike ekoloke katastrofe
(ernobil, Rusija). No nuklearne elektrane su najsigurnije od svih,
i havarije nastaju samo ljudskom pogrekom to je bilo sluaj u
ernobilu.
Princip rada hidroelektrane:Hidroelektrana koristi vodu koja
pada kroz cijevi iz akumulacijskog jezera. U cijevima voda ubrzava
i okree turbinu generatora. Za ovu elektranu potreban je vrlo velik
protok vode, i vrlo su velike, a ne daju toliko mnogo energije, ali
su zato vrlo jeftine, i uope ne zagauju okoli, to se ne moe rei za
termo i nuklearne elektrane.Postoje jo i manje elektrane na vjetar,
te polja solarnih elija, no te vrste elektrana nisu u iroj
upotrebi. Najjednostavniji izvori su baterije, i danas se koriste
uglavnom u prijenosnim ureajima koji nemaju pristup el. mrei za
cijelo vrijeme rada.
Elektrina energija se moe pretvarati u druge oblike jedino
unutar strujnog kruga. Strujni krug je bilo koji vodljivi spoj koji
u sebi sadri izvor, vodove i troilo.
Jednostavan strujni krug:
Izvor elektrine struje preko vodova (vodia) daje struju troilu
koje ju pretvara u neki drugi oblik energije.
Kaemo da kroz strujni krug tee elektrina struja. Elektrina
struja je iskoristivi oblik elektrine energije.
Vodiima nazivamo bilo koje tvari koje vode el. struju
vodii su npr: bakar, aluminij, zlato, srebro, eljezo itd.
Izolatori su tvari koje ne vode el. struju. ( plastika,
porculan).
Elektrolitima zovemo tekuine koje dobro vode struju.
Izvore i troila, te druge elemente strujnih krugova prikazujemo
pomou simbola:
- Izvori (generator i baterija)
- Troila (sijalica i otpornik)
- vorovi i vodovi
Ako struja u strujnom krugu ne tece, kazemo da je strujni krug
otvoren.
Elektricnu energiju moguce je koristiti uglavnom u zatvorenim
strujnim krugovima, tj u krugovima kroz koje tece struja.
Otvoreni strujni krug:
U ovakvom strujnom krugu sijalica nece svjetliti!!!Zatvoreni
strujni krug :
Strujni krug je zatvore, kroz njega moe tei struja i sijalica e
svijetlitiElektrinu struju teko je zamisliti, no najlake je pomou
predodbe sa protokom vode :
Struja doduse nije protok vode, nego gibanje malih estica zvanih
elektroni.
Kroz vodi se moze gibati vrlo mnogo elektrona, a svaki je oko
tisuu puta manji od atoma.
Mogue je zamisliti da se elektroni gibaju najprije napred, pa
nakon nekog vremena nazad.
Prema toku elektrona, odnosno smjeru struje moemo je podijeliti
na istosmjernu i izmjeninu. Tako isto postoje izvori istosmjerne i
izmjenine struje. Izvori istosmjerne struje su baterije,
akumulatori, solarne elije, ispravljai itd. a izmjenine
generatori(elektrane), dinamo na biciklu, itd.
Istosmjerna struja
Izmjenina struja
Struja Struja ima dva smjera: Unutarnji i vanjski (tehniki):u
strujnom krugu uvjek tee od + pola prema - polu baterije, a unutar
samog izvora od - prema + polu.
Elektroni putuju u smjeru suprtnom struji. Elektroni su
negativno nabijeni i privlai ih + pol baterije.
Struju openito opisujmo sa dvije najvanije veliine, iako ih ima
i vie. Prva od njih je jakost struje (oznaava se sa I ) i to je
veliina koja predstavlja koliinu elektrona koji proteku kroz vodi u
sekundi. Mjeri se u amperima (A). Najlake je predoiti jakost struje
kao protok vode koja proe kroz neku cijev. Jakost struje mjeri se
ureajem zvanim ampermetar.Naprimjer ako kroz prvi vodi protee 5
elektrona u sekundi, a kroz drugi 10, oito je da je jakost druge
struje duplo vea od prve. Ako kroz sijalicu tee mala struja, ona e
slabo ili uope nee svijetliti, ako je struja jaa, sijalica e
svijetliti jae, a ako jo poveamo struju sijalica e pregorjeti.
Da bi sprijeili pregaranje (kvar) ureaja, moramo ih zatititi od
prevelike struje. Zato ispred njih u strujni krug spajamo osigurae.
Osigura je ureaj koji pri odreenoj jakosti struje prekida strujni
krug i tako titi ureaj od prevelike jakosti struje.
Simbol osiguraa prikazan je na slici:
Druga vana veliina u strujnom krugu je napon. Napon je osobina
izvora el. energije i mjeri se u Voltima (V) ureajem zvanim
voltmetar. Napon izvora se u strujnom krugu moe se usporediti sa
snagom pumpe u krugu sa vodom. Izvor sa veim naponom kroz isto
troilo potjerat e jau struju.
U izmjeninom strujnom krugu smjer struje i napona se stalno
mijenja, a brzinu tog mjenjanja opisujemo frekvencijom el. struje.
Frekvencija prikazuje broj izmjena smjera u sekundi i mjeri se u
Hertzima (Hz).
Za ovjeka opasna jakost struje je oko 100 mA, a opasnim naponom
smatra se napon vei od 50 V.
Mreni napon od 220V vrlo je opasan i sa njime treba vrlo paljivo
raditi.
Da bi onemoguili protjecanje struje kroz tijelo (i openito tamo
gdje je ne treba) koristimo izolatore.
Znai, ako nosimo gumene tenesice napon od 220V kroz tijelo
protjera manju struju nego ako stojimo u lokvi vode (voda vodi
struju). No bez obzira na to to nosimo na nogama, kontakt sa
visokim naponom je vrlo opasan, no prvi slucaj je znatno manje
opasan od drugog. Ako ikada budete radili sa naponima veim od 50V
obavezno se to bolje izolirajte od poda, zida, radijatora ili iega
vodljivog to ima kontakt sa zemljom, i budite oprezni da nipoto ne
dotiete gole ice. Zemlja se uvjek ponaa tako da struja tee prema
njoj. Ne dopustite da struja tee kroz vas!!!
Za razne efekte, pretvorbu energije, prikaz i obradu podataka
moe se iskoristiti el. struja. Kao to znamo struja tee kroz vodie,
no nita se ne deava dok ona ne protie kroz troilo. Tek troilo
pretvara el. energiju u druge oblike. esto se javlja potreba da
neku struju kroz neko troilo smanjimo, poveamo, moduliramo,
prilagodimo itd.
Za manipulacijom naponom i strujom koriste se razliite
elektronike komponente.
Elektronike komponente dijele se na aktivne i pasivne. Pasivne
komponente su one koje ogu smanjiti jakost elektrine struje ili
njezin napon, dok aktivne mogu na svom izlazu imati vei napon ili
jakost struje nego na ulazu.
Pasivne komponente su : otpornici, kondenzatori, zavojnice
itd.
Aktivne komponente : tranzistori, integrirani krugovi,
tiristori, izvori itd.
Sloeni strujni krugovi sastoje se od mnotva, ponekad i vie
miliona komponenti, no da bi ih razumjeli moramo se pozabaviti
pojavama i djelovanjima u pojedini komponentama
OSNOVE ELEKTROTEHNIKEElektricitet
Usmjereno kretanje elektrona koji su osloboeni uticaja atomskog
jezgra nazivamo elektrinom strujom. Elektrini naboj direktno
mjerimo elektrometrom. Elektrinu struju mjerimo galvanometrom.
Neutralan atom ima jednaku koliinu pozitivnog i negativnog
naboja tj. broj protona u jezgri je jednak broju elektrona u
omotau. Za tijelo sa vikom elektrona kaemo da je "negativno
naelektrizirano", dok za tijelo sa manjkom elektrona kaemo da je
"pozitivno naelektrizirano".
Elektrina struja
Elektrina struja je tijek elektrinog naboja, tj. usmjereno
gibanje njegovih nosilaca.
Elektrina struja moe biti istosmjerna ili izmjenina.
Struja tee kroz metale, elektrolite, plinove i poluvodie.
Nosioci naboja u metalima su slobodni elektroni, u elektrolitima
negativni i pozitivni ioni (anioni i kationi), u plinovima ioni i
elektroni, a u poluvodiima elektroni i upljine.
Metali koji obiluju slobodnim elektronima su dobri vodii struje,
npr. srebro, bakar i zlato. Slobodni elektroni su oni elektroni
koji nisu u atomu, npr. omjer slobodnih i neslobodnih elektrona u
bakru je 1:1, a to znai da na svaki kubini centimetar bakra dolazi
11022 slobodnih elektrona, pa se bakar odlikuje dobrom
vodljivou.
Dogovorom znanstvenika odreen je tehniki smjer struje kao smjer
gibanja pozitivnog naboja (od pozitivnog prema negativnom polu).
Kako se elektroni gibaju u suprotnom smjeru to znai da je njihov
naboj negativan.
Elektroni se u vodiu usmjereno gibaju pod utjecajem elektrinog
polja, pa zbog toga na krajevima vodia mora postojati razlika
potencijala, tj. napon. Kad nema elektrinog polja, gibanje
elektrona je kaotino, to znai da je svaki smjer jednako mogu i to
brzinom od oko 1000 km/s (srednja termika brzina). Djelovanjem
elektrinog polja elektroni dobivaju dodatnu zajedniku komponentu
brzine gibanja prema pozitivnom polu (klizanje) od svega nekoliko
mm/s (driftna brzina).
Koliina naboja Q u nekom vodiu jednaka je umnoku naboja
elektrona e i broju tih elektrona N:
Jakost elektrine struje
Jakost elektrine struje I jednaka je koliini naboja Q koja proe
kroz popreni presjek vodia u vremenskom intervalu t:
Jedinca za jakost elektrine struje je amper (A), nazvana prema
francuskom fiziaru i jedna je od osnovnih mjernih jedinica. Po
definiciji jedan amper je jakost struje koja tee kroz dva beskonano
duga i tanka vodia u vakuumu meusobno udaljena jedan metar kada
sila izazvana strujom iznosi 2107 N po svakom metru duljine
vodia.
Elektrini potencijal i elektrini napon
Elektrini napon (krae napon, oznaka U ili V) je fizikalna
veliina koja se koristi u elektrotehnici, a jednaka je razlici
elektrinog potencijala:
Elektrini potencijal jest skalarna veliina koja predstavlja
gradijent (promjenu u prostoru) elektrinog polja.
Napon pokazuje koliki je rad (W) potreban da se elektrini naboj
(Q) premjesti izmedju dvije toke u elektrinom polju :
Mjerna jedinica za napon je volt (znak V).Slikovito reeno, napon
je "napetost" elektrinog polja. Smanjenjem napetosti se otputa
elektrina struja slino otputanju strijele iz napetog luka.
Elektrini napon se rastereuje na troilu u kojem struja prelazi u
neki drugi oblik energije, odnosno vri nekakav rad.
Dio elektromotorne sile koji djeluje u nekom dijelu strujnog
kruga zovemo elektrini napon.
Elektrini otpor i Ohmov zakon
U je napon izmeu krajeva vodia, I je jakost struje kroz vodi, R
je elektrini otpor vodia. Jedinica za otpor je ohm, a oznaka
jedinice je . .
Elektrini otpor vodia duljine l, poprenog presjeka S i
otpornosti jednak je:
Jedinica za otpornost je .
Elektrini otpor vodia mijenja se s temperaturom prema zakonu ,
gdje je R otpor na , T je temperatura, a je temperaturni
koeficijent otpora.
Serijski spoj otpora: Paralelni spoj otpora:
Ukupni otpor: Ukupni otpor:
OtporniciOtpornik je najosnovniji element sloenijih strujnih
krugova. To je komponenta koja prua otpor protoku el. struje.
Otpornik se oznaava slovom R i prikazuje sljedeim simbolom:
Idua slika predstavllja spoj otpornika u strujnom krugu.
U strujnom krugu imamo izvor U koji svojim naponom kroz krug
tjera struju I koja dalje tee kroz otpornik R i troilo T.U
sloenijim strujnim krugovima uz slova se piu i
brojevi(indeksi):
U ovom krugu imamo tri struje (I1, I2 i I3) tri otpornika (R1,
R2 i R3) te dva izvora (U1 i U2).Najvanija osobina otpornika je
iznos njegovog otpora. Otpor pokazuje u kojoj mjeri se otpornik
protivi prolasku struje i mjeri se u Ohmima ().
Oznaavanje otpornikaSvaki otpornik ima svoj otpor. Da bi znali
koliki otpor neki otpornik ima, moemo ga izmjeriti ommetrom (ureaj
za mjerenje otpora) ili jednostavno proitati to na njemu pie.
Otpornici se oznaavaju na vie naina, alfanumeriki tj. slovima i
brojkama, te pomou boja.
Navedimo par primjera alfanumerikog oznaavanja :
- oznaka 5R - iznos 5
- oznaka 5E - iznos 5
- oznaka 10 -iznos 10
Vidimo da slova kao to su R, E znae isto to i (omega). esto se
otpornici oznaavaju oznakama kao to su 5R6 , 9R1, 2E2 itd. Iznosi
ovih otpornika nisu cijeli brojevi nego oni predstavljaju iznose
5.6, 9.1, 2.2 itd.- oznaka 3R3 - iznos 3.3
Iznosi od 1 ili 10 su esto premali za neke ureaje. Zato
koristimo oznake poput kiloohma (K) i megaohma (M). Idua tablica
pokazuje odnose izmeu tih veliina. Ove veliine mogu se koristiti i
za napon, struju i sve druge veliine.
OznakaNazivIznos
ppiko0,000 000 000 001=10-12
nnano0,000 000 001=10-9
mikro0,000 001=10-6
mmili0,001=10-3
Kkilo1 000=103
Mmega1 000 000=106
Ggiga1 000 000 000=109
Ttera1 000 000 000 000=1012
1 p (jedan pikoohm) = 0,000 000 000 001 = 1*10-12 5 (pet
mikroohma) = 0,000 005 = 5*10-6200 mA (dvadeset miliampera) = 0,02A
= 20*10-3 A
2,2 K (dva cijela dva kiloohma) = 2 200 = 2,2*103Oznaka na
otporniku 2K znai da on ima 2000 .
2K2 = 2,2 K = 2200
3M3 = 3,3 M = 3300K=3300000
22K = 22 K = 22000 itd.
PLOASTI KONDENZATORI
ELEKTROLITSKI KONDENZATORI
STRUJNI KRUG, MJERENJE STRUJE I NAPONA - SIMULACIJA U PROGRAMU
ELECTRONICS WORKBENCH
SERIJSKI SPOJ OTPORA
PARALELNI SPOJ OTPORA
POLUVODII
Dioda
Diode u razliitim kuitima
Dioda je nelinearni poluvodiki elektroniki element (ili, rjee,
elektronska cijev) s dva prikljuka koji posjeduje ispravljaka
svojstva. Poluvodike diode se izvode se temelju pn-spoja ili, rjee,
na temelju spoja metal-poluvodi. Diode se mogu razvrstati po
materijalu na kojemu su raene (silicij, germanij, galij-arsenid,
silicij-karbid) i po tipu (ispravljake, svijetlee, foto-diode,
Zener diode, Schottky diode, tunel-diode itd.).
Fizikalne osnove rada
Graa i simbol diode
Osnova rada veine dananjih dioda se temelji na strukturi koja se
naziva pn-spoj. Kod pn dioda (spojnih) u ovisnosti o narinutom
naponu, tee struja. Uz narinuti napon prikljuen tako da je
negativan pol izvora na katodi a pozitivan na anodi, dioda je
propusno polazirana i vodi stuju. Uz suprotan polaritet narinutog
napona dioda nee voditi, tonije kroz diodu e tei mala reverzna
struja zasienja. Drugi tip dioda su Schottky diode, koje svoj rad
temelje na spoju metal - poluvodi.
Tipovi dioda
DiodaSvijetleadioda (LED)ZenerdiodaSchottkydioda
Neki simboli dioda
Postoje razliiti tipovi dioda, a klasifikacija se radi po
funkciji koju dioda obavlja:
Ispravljake (signalne) diode
Ispravljake diode su diode koje se koriste za ispravljanje
izmjeninih veliina u istosmjerne. Njihov rad je ve opisan u uvodu:
diode vode struju kada su propusno polarizirane, a ne vode kada su
nepropusno. Zovu se jo i signalne jer se koriste u demodulaciji
radio signala. Ispravljake diode su bile osnovni elementi jednih od
prvih elektronikih logikih vrata (DTL - Diode Transistor
Logic).
Zener dioda
Zener diode su diode koje se uglavnom koriste kao refentni
izvori napona. Izraeno podruje proboja kod tzv. Zenerovog napona se
koristi za dobivanje stabilnog refentnog napona.
Svjetlea dioda (LED)
Svjetlee diode emitiraju svjetlost kada su propusno
polarizirane. Boja svjetlosti ovisi o primjesama u poluvodiu, a
mogu varirati od ultraljubiaste do infracrvene. Koriste se za
prijenos signala (infracrvene) i signalizaciju. Koriste se i
prilikom galvanskog odvajanja elektrinih krugova, najee u
optokaplerimaSchottky dioda
Schottkyeva dioda temelji svoj rad na ispravljakom spoju
metal-poluvodi. Osnovna karakteristika ove diode je mali napon
koljena (0.2 V) i brzo vrijeme oporavka, pa se esto koriste u
impulsnim sklopovima ili kao zatitni elementi.
Tunel (Esakijeva) dioda
Kod tunelskih dioda dolazi na uskom zapornom sloju do efekta
tuneliranja kod ega slobodni elektroni i upljine prelaze s jedne na
drugu stranu PN-spoja kod malih napona.
Tunelske diode se koriste u oscilatorima velikih frekvencija do
10GHz. Odonos izmeu struje Ip i Iv iznosi Ip/Iv=(5 do 10).
Varikap dioda
Varikap (varaktor, kapacitivna dioda) je dioda s naponski
upravljanim kapacitetom. Kapacitet je posljedica osiromaenog sloja
u pn-spoju. Upotrebljava se u modulatorima. Najee radi u
nepopropusnom podruju. Kapacitet se kree izmeu 10 i 200pF, a
probojni naponi su oko 40V. Kapacitivne diode se koriste za ugaanje
tirajnih krugova i za automatsku regulaciju frekvencije u
radiotehnici.
Ispravljanje izmjenine struje
Ispravljanje izmjenine struje se temelji na osnovnome principu
rada diode: voenje struje kada je propusno polarizirana. Na taj
nain se iz izmjenine struje moe dobiti istosmjerna struja.
SVIJETLEA DIODA (LED)
Led (Light Emitting Diode) je elektronika komponenta koja
pretvara elektrinu energiju u svjetlost.Sastoji se od poluvodikog
chipa, pozitivnog i negativnog izvoda zalivenih u epoksi kuite koje
odreuje oblik i optike karakteristike komponente.
Razvoj LED-dioda
Od prve praktine primjene (1962.) razvoj LED-a se ubrzano odvija
paralelno irei prostor primjene. Razvoj se grubo moe podijeliti na
tri cjeline. Prvo su razvijene monohromatske LED diode (crvena,
uta, zelena), tek 1993. japanski znanstvenik Shuji Nakamora je
uspio razviti LED diodu plave boje. Bazirana na tehnologiji plave
LED diode ubrzo je razvijena bijela LED dioda 1997. g. to je znailo
i prekretnicu u irini primjene. Od toga vremena do danas razvoj je
usmjeren na poveanje razine svjetla, tako da danas postoje LED
diode sa svjetlosnim tokom koji prelazi 120 lm. Uzei u obzir odline
karakteristike, brzinu razvoja koji prati rast trita, LED diode
predstavljaju izvor svjetla budunosti.
Ope karakteristike
Generalno gledajui, LED diode su dizajnirane za nazivni napon
2-3,6V uz struju od 20-30mA, to znai da im je potrebno manje od
0,1W za rad. Za razliku od klasinih arulja elektrinu energiju
pretvaraju direktno u svjetlost odreene valne duine uz zanemarivo
zagrijavanje. U pogledu trajnosti, uz odreene radne uvjete ivotni
vijek prelazi 100 000 sati. Ne sadre ivu, staklo, tetne plinove i
otrovne materijale, te se mogu reciklirati. Zbog odlinih mehanikih
karakteristika neosjetljive su na vibracije, udarce i ostala
naprezanja.
Tranzistor
Fiziki izgled tranzistora kao diskretnih elementata
Tranzistor je poluvodiki elektroniki element. Koristi se za
pojaavanje, kao sklopka, za stabilizaciju napona, modulaciju
signala i mnoge druge primjene. Osnovni je tvorni element mnogih
elektronikih sklopova, integriranih krugova i elektronikih
raunala.
Tranzistori se prema nainu rada dijele u dvije glavne grupe:
unipolarni (eng. FET - Field Effect Transistor) kod kojih
vodljivost ovisi samo o veinskim nositeljima naboja (elektronima u
N-kanalnom ili upljinama u P-kanalnom tipu) i bipolarni (eng. BJT -
Bipolar Junction Transistor) kod kojih vodljivost ovisi i o
manjinskim nositeljima (elektronima u NPN ili upljinama u PNP
tipu).
Bipolarni tranzistori
Bipolarni su tranzistori graeni tako da dopiranjem istog
poluvodia, npr. silicija ili germanija, nastaje struktura u kojoj
se izmeu dva podruja istog tipa vodljivosti (P ili N) nalazi
podruje suprotnog tipa vodljivosti (N ili P). Ovisno o tome mogua
su dva tipa bipolarnih tranzistora koji se oznaavaju kao:
PNP(pozitivno-negativno-pozitivno)
NPN(negativno-pozitivno-negativno)
Nazivi dijelova bipolarnih tranzistora:
baza [B]
emiter [E]
kolektor [C]
i na njih su spojeni izvodi pomou kojih se tranzistor spaja u
vanjski elektrini krug.
Baza je uvijek srednja elektroda. Emiter je vanjska elektroda
koja s bazom tvori PN-spoj koji je u normalnom aktivnom nainu rada
polariziran u propusnom smjeru. Kolektor s bazom tvori PN-spoj koji
je u normalnom aktivnom nainu rada nepropusno polariziran.
Princip rada tranzistora se zasniva na injekciji manjinskih
nosilaca iz emitera u bazu i njihovom transportu do kolektora. Kako
je napon na spoju baza-emiter manji od napona na spoju
kolektor-baza, a takoer je i struja koja tee u bazu manja od struja
emitera i kolektora znai da tranzistor omoguuje upravljanje
potronjom u krugu vee snage pomou kruga u kojem se troi manja
snaga. Ovisno o tome koja je elektroda za oba kruga zajednika
tranzistor se moe koristiti u tri razliita spoja.
U spoju sa zajednikom bazom ostvaruje se samo pojaanje napona, u
spoju sa zajednikim kolektorom samo pojaanje struje, a spoju sa
zajednikim emiterom pojaava se i napon i struja, pa je pojaanje
snage najvee.
Za uinkovit je rad tranzistora bitno da struja koja tee u bazu
bude to manja. Dva faktora koja na to utjeu su faktor injekcije i
transportni faktor. Faktor injekcije ovisi o odnosu broja nosilaca
koji se injektiraju iz emitera u bazu prema broju nosilaca koji se
injektiraju iz baze u emiter. Povoljan se odnos postie kada je
emiter znatno vie dopiran od baze.
Transportni faktor ovisi o broju injektiranih nosilaca koji se
rekombiniraju u bazi, a za njega je bitno da baza bude dovoljno
tanka kako bi nosioci stigli do kolektorskog spoja prije nego to se
rekombiniraju.
Bilo da se radi o PNP ili NPN tipu tranzistora oba obavljaju
istu funkciju. Razlika je u polaritetima vanjskih napona i struja,
te u vrsti nosilaca elektrine struje. U PNP tipu tranzistora glavni
su nosioci elektrine struje upljine, a u NPN tipu tranzistora su to
elektroni.
Unipolarni tranzistoriKod unipolarnih tranzistora, za razliku od
bipolarnih, u voenju struje sudjeluje samo jedna vrsta naboja (ili
elektroni ili upljine). Nazivaju se tranzistori sa efektom polja
(engl. Field-effect transistor, skraeno FET, a njem. Feldeffekt
Transistor). Svojstvo im je da imaju vrlo veliki ulazni otpor pa ne
zahtjevaju ulaznu struju.
Vrste: Spojni (engl. Junction field-effect transistor, skraeno
JFET, a njem. Sperrschicht-FET)
S izoliranim zasunom (engl. Insulated gate FET, skraeno IGFET
ili metal oxide semiconductor FET, skraeno MOSFET, a njem.
Isolierschicht-FET).
S obzirom na tip poluvodia obadvije vrste mogu biti n-kanalne
ili p-kanalne.
KUITA TRANZISTORA
OPENITO O TISKANIM PLOICAMA
Danas teko moemo zamisliti neki sloeniji spoj bez upotrebe
tehnike tiskanih spojeva, a praktinost joj se ne moe osporiti niti
kod jednostavnijih uredaja. Tehnika tiskanih spojeva donijela je
prema uobiajenoj spojnoj tehnici oiavanja niz prednosti : veu
preglednost , smanjenje obujma i teine , te znatno bru izradu u
maloserijskoj i serijskoj proizvodnji.
MATERIJALI ZA TISKANE PLOICE
U principu za tiskane ploice moe posluiti bilo koji izolacijski
materijal prevuen tankim slojem bakra - el. vodia , bilo s jedne
ili s obje strane ; medutim , najee je to pertinaks,
super-pertinaks, tvrdi papir ili epoksidna tvrda staklena
tkanina.
Ova zadnja spomenuta poznata je u nas pod nazivom Cu-vitroplast
te ima niz prednosti nad drugim materijalima : velika vrstoa ,
poluprozirnost ,...
Budui da je poluproziran, moe se dobro uz pomo svjetla
konstatirati eventualni prekid izradenih spojnih vodova, neeljeni
kontakt ili kratki spoj vodova, i sl. Ploe oslojene bakrom nazivaju
se i bakrom kairane ploe.
Sloj bakra moe biti razliite debljine , no najee je to 35
Nm.
Karakteristino je za ploe vitroplasta to da je boja laminata
blijedozelena.
OTAPANJE BAKRA S TISKANE PLOICE
Nakon to smo prenijeli eljeni sloj na bakreni sloj pristupit emo
otapanju u odgovarajuoj otopini.
Takvih otopina ima gotovih samo je pitanje mogu li se uvijek
nabaviti.
Jedna od takvih otopina je otopina bakrenog(II)klorida
CuCl2.
Bakreni(II)klorid se dobiva u kristalinom obliku. Otapa se u
vodi i to 200g po po litri vode zagrijanoj na 40C u koju se poslije
toga po litri tekuine doda oko 1 dec koncentrirane solne
kiseline.
Otapa se na sobnoj temperaturi i to svega 10 min pri jakom
gibanju ploice. Ako se otopina zagrije na temperaturu vie od 50C,
vrijeme otapanja se pri svjeoj otopini skrauje na svega 2 min.
Pri otapanju se treba pobrinuti da se ploica cijelo vrijeme
giba. Nakon to se otopi bakar, ploicu treba dobro isprati tekuom
vodom i osuiti, npr.,suilom za kosu ili pak meu papirima.
Iza toga potrebno je prikladnim otapalom (razreivaem) skinuti
zatitni sloj ili preslikae.
To su, npr.,nitro razreiva za lakove, aceton, benzin za
preslikae i sl. Tiskanu ploicu na kojoj se sada jasno vidi bakreni
sloj potrebno je nasprejati posebnim lakom koji e bakreni sloj
zatititi od oksidacije.
To ne smije biti bilo kakav lak, jer e se sigurno kasnije
lemljenje biti oteano ili ak onemogueno.
Lakovi predvieni upravo za tu svrhu su, npr.: Lotlack SK 10,
Lot-Spray, Teslanol 12 ili A-film. Takva ploica, jednoliko zatiena
lakom, moe stajati dulje vremena prije uporabe, pod uvjetom da
prije zatiivanja nije bila oksidirana.
BUENJE TISKANE PLOICE
Tiskane ploice treba buiti paljivo i s odgovarajuom brzinom
vrtnje svrdla. Brzina vrtnje ovisi o materijalu upotrijebljenog
svrdla i njegovog reznog kuta , pa i materijalu ploice.
U principu treba upotrebljavati veu brzinu vrtnje, jer e to dati
ie provrte, a rad e biti krai. Za normalne sastavne elemente rupe
treba buiti svrdlima promjera 0.8, 0.9 te 1 mm, a prema potrebi i
1.1, 1.2 mm te 2 mm , to ovisi o promjeru prikljuaka sastavnih
elemenata.
LEMLJENJE NA TISKANE PLOICE
Lemljenje je jedna od najvanijih radnji pri sastavljnju sklopa.
Ako ne znamo lemiti onda nam nee pomoi ni dobro lemilo ni dobar
lem. Najveu pogreku ine oni koji na vrh lemila pritisnu icu za
lemljenje, pa tako dobiju kapljicu rastopljenog kositra koju onda
donesu na mjesto na kojem treba ostvariti spoj. Pri tome ni ne
misle na to, da je sredstvo predvieno za ienje metalnih povrina,
koje treba zalemiti, isparilo ve na vrhu lemila.
Prikaz neispravnog lemljenja Prikaz ispravnog lemljenjaOna prvo
otopi sredstvo za lemljenje koje zalije itavo mjesto spoja, na koje
se onda u nastavku zalije itavo mjesto spoja, koje se onda u
nastavku razlije rastopljeni kositar. iljak lemila se ne smije
odmah odmaknuti, ve treba saekati da kositar poprimi jednolinu
srebrnu boju.
Dobar lemni spoj je nakon to se ohladi, gladak, a boja mu je
mat-srebrna. Uz pojam lemljenja ide i pojam tzv. hladnih spojeva.
To su spojevi naoko u redu, ali su zapravo trajno ili povremeno bez
kontakta. Hladni spojevi mogu nastati odmah ili nakon nekog
vremena.
Izgled pravilno napravljenih lemnih mjesta
IZRADA TISKANE PLOICE TERMOPOSTUPKOM
Tiskane ploice mogu se izraivati na nekoliko razliitih naina.
Metoda izrade ovisi o eljenoj kvaliteti tiskanih ploica, koliini i
cijeni. Najprije se na specijalnu foliju debljine 0,1 mm pomou
standardnog fotokopirnog stroja prekopira izgled tiskane ploice,
zapravo fotokopiranjem se na foliju nanosi boja koja se u slijedeoj
fazi izrade mora prenijeti na bakrenu povrinu budue ploice.
Toplinskom obradom boja s folije prelazi na bakrenu povrinu i tu
sada ini sloj otporan na otopinu za jetkanje. eljeni predloak
izgleda vodova fotokopira se na foliju pomou normalnog fotokopirnog
stroja. Bakrenu povrinu ploice treba dobro oistiti, a zatim na nju
pomou dva mala komadia ljepljive trake privrstiti folija i to tako
da boja doe sa strane bakra. Ploica se na pogodan nain zagrije na
otprilike 140 C, a zatim se gumenim valjkom nekoliko puta uz
umjereni pritisak pree preko folije. Ovako obraenu ploicu treba
ohladiti, a foliju polagano skinuti. Ako je potrebno napraviti
korekciju otiska najjednostavnije je vodootpornim flomasterom,
nakon ega se ploica stavlja u otopinu za jetkanje. Vrijeme jetkanja
bakra ovisi o vrsti jetkala i samom tehnolokom postupku, a ako su
sve prethodne radnje dobro izvedene kvaliteta gotove tiskane ploice
bit e potpuno zadovoljavajua. 8Ploicu je najlake zagrijati na
potrebnu temperaturu uz pomo glaala i to tako da se temperatura
glaala podesi na pamuk, a glaalo okrene radnom povrinom prema gore.
Na glaalo zatim postavite ploicu koja se za otprilike dvije minute
zagrije na potrebnu temperaturu. IZRADA TISKANE PLOICE
FOTOPOSTUPKOMienje bakrom kairane ploice "VIM-om" ili slinim
sredstvom 2. Pranje ploiceSuenje ploice 4. Oslojavanje
foto-sprejemSuenje u penici (25 do 30 min.) - max. temperatura 70 C
Kopiranje predloka (filma) na fotosloj (4 do 20 min.)Razvijanje
(oko 2 min.) - razvija temperature oko 20 C Ispiranje Jetkanje (5
do 20 min.) - temperatura otopine max. 50 C
IspiranjeSuenjeOslojavanje zatitnim lakom preko kojega se moe
lemitiSKRIPTA ZA ELEKTRONIKU
Radio klub "Katilac"
Deni Milii i Luka Tiinovi
Deni Milii i Luka Tiinovi
32
