6. OSNOVE ELEKTRONIKE - veleri.hr · - elektronske cijevi b) ... prigušnice, transformatori i ......

1/148 ELEKTROTEHNIKA :: 7. Osnove elektronike

ELEK

8. OSNOVE ELEKTRONIKE

ELEKTROTEHNIKA

Izv.prof. dr.sc. Vitomir Komen, dipl.ing.el.


ELEK

SADRŽAJ:

7.1 Uvod i osnovni pojmovi

7.2 Elektronički elementi

7.3 Elektronički sklopovi

7.4 Elektronički sustavi

7.5 Primijenjena elektronika


ELEK


• Elektronika je grana znanosti, tehnike i tehnologije koja se bavi izučavanjem i

primjenom pojava povezanih s gibanjem elektrona i električki nabijenih čestica

kroz poluvodiče, vakuum i plinove, te izradom naprava i uređaja koji takva

gibanja rabe za praktične primjene.

• Područja primijenjene elektronike:

Informacijska elektrotehnika

- radiokomunikacije

- telekomunikacije

- računarstvo

Elektronika

- energetska elektronika

- mjerna elektronika

- opća elektronika (potrošačka)

Električna upravljačka i regulacijska tehnika (automatika i automatizacija)



ELEK • Područja (vrste) elektronike prema karakteru električnog signala koji se

obrađuje

- SIGNALI (ELEKTRIČNI SIGNALI) – električne veličine koje sadrže informacije o promjenama tvari i aktivnostima u našem fizikalnom realnom svijetu

- informacija koju sadrži signal predočava se promjenom njegove vrijednosti tijekom vremena – promjenjivi valni oblik signala

- za obradu (procesiranje) signala u elektroničkim sustavima potrebno je signal pretvoriti u električni signal (pretvornici) koji može biti naponski ili strujni električni signal

PREMA VRSTI (karakteru) električnog signala koji se obrađuje u elektroničkim uređajima, razlikujemo:

Analogna elektronika – iznos signala može imati bilo koju vrijednost između dvije krajnje (analogni signali)

Digitalna elektronika – iznos signala ima jednu od dvije međusobno dovoljno različite vrijednosti (digitalni signali)

• Elektronički uređaji se prema složenosti njihove građe i elektroničke funkcije koju obavljaju dijele na:

- elektroničke elemente (komponente)

- elektroničke sklopove

- elektroničke sustave



ELEK • Elektronički elementi (komponente)

- sastavni dijelovi elektroničkih sklopova

- obavljaju osnovne elektroničke funkcije (npr. pojačanje signala, sklapanje

i sl.)

- prema I-U karakteristici: linearni, nelinearni

- prema tehnološkoj izvedbi

a) diskretni (pojedinačni) elektronički elementi – ugrađuju se na ploču i

međusobno električki spajaju

- elementi sa žičanim izvodima

- elementi za površinsku montažu (SMD tehnologija)

b) integrirani elektronički elementi (monolitni i hibridni) – ujedinjuju

područja elemenata i sklopova

- vrste elektroničkih elemenata

a) aktivni elektronički elementi

- poluvodički elementi (dioda, tranzistor, tiristor i ostali)

- elektronske cijevi

b) pasivni elektronički elementi

- otpornici, kondenzatori, zavojnice, transformatori i ostalo



ELEK • Elektronički sklopovi

- složeni strujni krugovi koji se sastoje od elektroničkih i električnih elemenata, a namijenjeni su za obavljanje elektroničkih funkcija (npr. pojačavanje signala, generiranje signala i sl.)

- vrste elektroničkih sklopova

a) analogni – osnovni analogni sklop je pojačalo

b) digitalni – osnovni digitalni sklop je invertor

- vrste elektroničkih sklopova prema tehnološkoj izvedbi

a) diskretni elektronički sklopovi – građeni od pojedinačnih elemenata (tranzistori, diode, otpornici, kondenzatori i zavojnice)

b) integrirani elektronički sklopovi – svi elementi (tranzistori, diode, otpornici i kondenzatori) smješteni u jedno kućište (hibridni i monolitni)

- osnovne funkcije elektroničkih sklopova

a) pojačavanje električnog signala – pojačavački sklopovi

b) uklapanje i isklapanje pomoću dioda i tranzistora (sklopka)

• Elektronički sustavi

- složena elektronička struktura koja je sastavljena od većeg broja elektroničkih sklopova namijenjenih obavljanju složenijih elektroničkih funkcija (npr. elektroničko računalo, TV prijamnik, telefonska centrala i sl.).



ELEK 7.2 Elektronički elementi

Pasivni elektronički elementi:

- otpornici

- električni kondenzatori

- zavojnice, prigušnice, transformatori i ostali induktivni elementi

• OTPORNICI

- osnovne funkcije:

- ograničavanje jakosti struje i stvaranje potrebnog iznosa pada napona

- postavljanje (promjena) radnih uvjeta

- tehnološke izvedbe:

- plastični (ugljenoplastični, metalplastični)

- žični

- SMD – tehnologija površinske montaže

- posebni otpornici:

- NTC otpornici (termistori) – temperaturno ovisni

- PTC otpornici

- VDR otpornici (varistori) – naponski ovisni


7.2.1 Pasivni elektronički elementi


ELEK

• ELEKTRIČNI KONDENZATORI

- osnovni parametri:

- kapacitet C (F), tolerancija

- nazivni napon UN

- temperaturno područje, temperaturni koeficijent

- faktor gubitaka tg δ

- osnovne funkcije:

- razdvajanje istosmjernih i izmjeničnih strujnih krugova

- kašnjenje odziva

- integriranje i diferenciranje napona

- ostvarivanje faznog pomaka

- kompenzacija jalove snage

- izravnavanje (glađenje) valovitosti napona

• ZAVOJNICE, PRIGUŠNICE, TRANSFORMATORI I OSTALI INDUKTIVNI

ELEMENTI



ELEK

7.2.2 Poluvodiči – osnova poluvodičkih elektroničkih elemenata

• Vrste materijala koji imaju primjenu u elektrotehnici

- vodiči (vodljivost 106 do 108 S/m)

- poluvodiči (vodljivost 10-2 do 10-3 S/m)

- izolatori (vodljivost 10-10 do 10-15 S/m)



ELEK

• Poluvodički materijali – silicij i germanij - temelj moderne/današnje elektronike

STRUKTURA ČISTOG SILICIJA – VALENTNOST ±4

Strukture atoma: a) silicija; b) germanija



ELEK

• Čisti poluvodički materijali ne vode dobro struju jer im je broj slobodnih

elektrona u vodljivom pojasu ograničen – otpor silicija (i drugih poluvodičkih

materijala) se može drastično smanjiti i kontrolirati dodavanjem primjesa

čistome poluvodičkom materijalu – proces dopiranja

• procesom dopiranja se povećava broj nosilaca naboja (elektrona ili šupljina) te

se povećava vodljivost, a smanjuje otpor

• dopiranje se radi sa dvije vrste nečistoća i to nečistoće N-tipa (donori) i

nečistoće P-tipa (akceptori), pa dobivamo:



ELEK

a) poluvodič N-tipa (N-vodljivi silicij)

- ostvaruje se dodavanjem primjesa petovalentnih atoma čistom siliciju

(arsen, fosfor, antimon) - donori

- povećava se koncentracija slobodnih elektrona, pa su elektroni

većinski nosioci naboja



ELEK

b) poluvodič P-tipa (P-vodljivi silicij)

- ostvaruje se dodavanjem primjesa trovalentnih atoma čistom siliciju

(bor, aluminij) - akceptori

- povećava se koncentracija šupljina, pa su šupljine većinski nosioci

naboja

Umnožak koncentracije elektrona n i koncentracije šupljina p u poluvodiču

u ravnoteži je jednak kvadratu koncentracije elektrona u čistome

poluvodiču: 2

inpn



ELEK

• PN spoj

- ako polovicu uzorka silicija dopiramo tako da ostvarimo N-tip poluvodiča,

a preostalu polovicu tako da ostvarimo P-tip poluvodiča, između dvaju

područja nastane PN prijelaz

- područje N-tipa ima višak vodljivih elektrona, a područje P-tipa višak

šupljina

- PN spoj je temelj za rad poluvodičkih dioda, tranzistora i ostalih

poluvodičkih elemenata

Temeljna PN struktura: a) načelni spoj; b) spoj s označenim

većinskim nosiocima naboja



ELEK

- RAVNOTEŽNO STANJE U PN-PRIJELAZU

- u PN spoju bez priključenog vanjskog izvora nastaje rekombinacija

elektrona iz N-sloja sa šupljinama u P-sloju (negativni ioni) i šupljina

iz P-sloja sa elektronima u N-sloju (pozitivni ioni)

- postojanje negativnih i pozitivnih iona na suprotnim stranama

prijelaza stvara potencijalnu barijeru UB0 (0,7 V za Si; 0,3 V za Ge), te

struja kroz PN-prijelaz ne teče



ELEK

- PROPUSNO POLARIZIRANJE PN-prijelaza

- stanje koje dopušta protjecanje struje kroz PN-prijelaz



ELEK

- struja kroz N-područje – kretanje vodljivih elektrona (većinskih

nosilaca)

- struja kroz P-područje – kretanje šupljina (većinskih nosilaca)

Način protjecanja struje u propusno polariziranoj diodi

(otpor R ograničava struju na dopuštenu vrijednost)



ELEK

- NEPROPUSNO / ZAPORNO POLARIZIRANJE PN-prijelaza

- stanje u kojem kroz PN-prijelaz teče mala struja



ELEK

- struja većinskih nosilaca naboja vrlo brzo postaje jednaka nuli

- kroz PN-prijelaz teče vrlo mala reverzna struja manjinskih nosilaca

naboja (reda μA ili nA)

- ako se vanjski reverzni napon poveća do dovoljno velike vrijednosti

može nastati lavinski proboj

Reverzno polariziranje: a) prijelazna struja proširuje osiromašeno područje; b) struja

prestane teći kada potencijal barijere postane jednak polarizirajućem naponu



ELEK

7.2.3. Poluvodička PN dioda

Diode opće namjene (ispravljačke diode) sastoje se od p-tipa i n-tipa

poluvodiča. Mogu biti silicijske i germanijske.

Izvod povezan s p-tipom poluvodiča je anoda (A), a izvod povezan s n-tipom je

katoda (K).

POLUVODIČKE DIODE su elektroničke komponente koje propuštaju struju kada

su polarizirane propusno, a ne propuštaju struju kada su polarizirane zaporno

(nepropusno).

PN diode polariziraju se vanjskim naponom.



ELEK

Kad je anoda na pozitivnijem potencijalu od katode, za diodu se kaže da je

propusno polarizirana. U tom slučaju kroz diodu teče propusna struja IF (engl.

forward current) od anode prema katodi.

Dioda djeluje kao uključena sklopka.



ELEK Kad je katoda na pozitivnijem potencijalu od anode, dioda je zaporno

(nepropusno) polarizirana. Kroz diodu teče u smjeru od katode prema anodi vrlo

mala struja IR koja se naziva reverzna struja (preostala struja, engl. reverse

current).

Dioda djeluje kao isključena sklopka.



ELEK

Strujno-naponska karakteristika diode

Grafički prikaz odnosa napona i struje diode naziva se strujno-naponska

karakteristika diode.

Statička strujno-naponska karakteristika PN diode pokazuje ovisnost propusne

struje o propusnom naponu (I. kvadrant) i nazvana je propusna karakteristika, te

ovisnost zaporne struje o zapornom naponu (III. kvadrant) i nazvana je zaporna /

reverzna karakteristika.

Dioda postaje vodljiva kad priključeni napon propusne polarizacije dostigne

iznos UT. Taj napon naziva se napon praga ili napon koljena i za silicijske diode

iznosi oko 0,6 V – 0,7 V, a za germanijske diode 0,2 V – 0,3 V.



ELEK

Ako priključeni napon zaporne polarizacije prijeđe vrijednost UBR, koja se naziva

probojni napon, dolazi do nagloga porasta reverzne struje, što može prouzročiti

uništenje diode. Iznos probojnoga napona za diode kreće se u rasponu od

nekoliko desetaka volta do nekoliko kilovolta.



ELEK

Karakteristične veličine diode

Najvažnije karakteristične veličine diode jesu:

- dopuštena vrijednost napona zaporne polarizacije UR koja se smije

priključiti na diodu a da ne dođe do njezina trajnog oštećenja

- dopuštena jakost struje IF koja smije teći kroz diodu pri propusnoj

polarizaciji a koja neće uzrokovati trajno oštećenje diode

- dopušteni utrošak snage Ptot

- temperaturno područje rada

- oblik kućišta i raspored izvoda



ELEK

• Primjena PN dioda – ispravljanje – pretvorba izmjenične struje u istosmjernu

struju

a) POLUVALNO ISPRAVLJANJE



ELEK

Poluvalni ispravljač: a) shema spoja; b) valni oblici ulaznoga i izlaznoga napona

a)

b)



ELEK

b) PUNOVALNO ISPRAVLJANJE

1. ISPRAVLJAČ SA SREDNJOM TOČKOM



ELEK

2. ISPRAVLJAČ U MOSNOM SPOJU



ELEK

Shema spoja izvora istosmjernog napona s mosnim ispravljačem i kondenzatorom velikog

kapaciteta za potiskivanje valovitosti pulzirajućeg istosmjernog napona



ELEK

• Zenerova dioda

Simboli Zenerove

diode

Strujno-naponska karakteristika

Zenerove diode



ELEK

Zenerova dioda: a) statička strujno-naponska karakteristika; b) ekvivalentna shema



ELEK

Zenerova dioda je PN dioda koja radi u području proboja.

Zenerova dioda je silicijska dioda koja ima svojstvo da kad se na nju priključi

napon nepropusne polarizacije veći od vrijednosti napona proboja, ona

održava stalan napon, praktično neovisan o struji koja teče kroz diodu.

Propusno polarizirana Zenerova dioda djeluje kao ispravljačka dioda.

Kad je Zenerova dioda zaporno polarizirana, kroz nju ne teče struja sve dok

napon priključenog izvora ne prijeđe iznos probojnog napona Uz, a tada dioda

prelazi u stanje Zenerova proboja i održava stalan napon Uz.

Probojni naponi Zenerovih dioda se kreću od nekoliko volta do nekoliko

stotina volta.

Zenerove diode koriste se kao stabilizatori i ograničivači napona.



ELEK

PRIMJER PRAKTIČNE PRIMJENE:

Regulator istosmjernog napona sa Zenerovom diodom



ELEK

Tranzistor je troelektrodna komponenta koja ima daleko širu primjenu od

dvoelektrodnih komponenata, od primjene za pojačavanje signala do onih u

digitalnim logičkim i memorijskim sklopovima.

Načelo njegova rada temelji se na dovođenju napona između dvije elektrode

kojim se upravlja protokom struje kroz treću elektrodu. Stoga se troelektrodna

komponenta može primijeniti za ostvarenje upravljanoga izvora, što i jest temelj

za projektiranje pojačala. U krajnjem, upravljačkim signalom mogu se proizvesti

promjene struje od ništice do najvećih vrijednosti, te se takva komponenta

može primijeniti kao sklopka. Sklopka je temeljna komponenta logičkog

invertora, a invertor temeljna komponenta digitalnih sklopova.

Tranzistori se dijele na: bipolarne i unipolarne (FET).

BIPOLARNI TRANZISTORI

Bipolarni tranzistor se sastoji od dvaju PN-prijelaza izrađenih na poseban način

i međusobno spojenih u seriju. Struja u tranzistoru rezultat je kretanja i

elektrona i šupljina, i zato je nazvan bipolarni.


7.2.4. Tranzistor


ELEK

Bipolarni tranzistor sastoji se od tri poluvodička sloja na koja su priključene

metalne elektrode. Slojevi i elektrode nazivaju se baza (B), emiter (E) i kolektor

(C). S obzirom na raspored poluvodičkih slojeva tranzistori mogu biti NPN tipa

(slika a) ili PNP tipa (slika b).

S obzirom na materijal od kojega se izrađuju mogu biti silicijski ili germanijski.



ELEK

Budući da tranzistor ima tri elektrode, jedna se upotrebljava kao ulazna, druga

kao izlazna, a treća je zajednička ulaznom i izlaznom strujnom krugu. Zajednička

elektroda može biti bilo koja pa se u praksi primjenjuju sva tri načina spajanja

tranzistora: spoj zajedničkog emitera, spoj zajedničke baze i spoj zajedničkog

kolektora. Svaki spoj ima svoje osobitosti koje ga čine prikladnim za određene

svrhe. U praksi se najčešće upotrebljava spoj zajedničkog emitera.



ELEK

DJELOVANJE TRANZISTORA

Ovisno o načinu polariziranja PN prijelaza tranzistor može raditi u različitim

stanjima. Ako je PN-spoj E-B propusno polariziran, a PN-spoj C-B nepropusno,

tranzistor radi u normalnom aktivnom području. To se stanje primjenjuje za rad

tranzistora kao pojačala.



ELEK

Tranzistorski učinak NPN strukture osniva se na dvjema pojavama:

- s pomoću male upravljačke struje baze iz sloja emitera nastaje jaka

injekcija elektrona u P-sloj-bazu

- elektroni prispjeli u bazu praktički se ne rekombiniraju, a zbog utjecaja

polja kolektorskog PN-prijelaza dolaze u kolektor kao struja kolektora



ELEK

Omjer struje kolektora i struje baze je β – strujno pojačanje tranzistora u spoju

sa zajedničkim emiterom.

B

C

I

I

Faktor strujnog pojačanja

tranzistora

AKTIVNO PODRUČJE:

BE spoj propusno polariziran

CB spoj zaporno polariziran

IC je regulirana sa IB



ELEK Za praktičnu primjenu tranzistora potrebno je poznavati odnose između

pojedinih struja i napona tranzistora. Proizvođači tranzistora daju za svaki tip i

osnovni spoj tzv. statičke karakteristike iz kojih se vide omjeri pojedinih struja i

napona tranzistora. Za praktičnu primjenu najvažnije su ulazne, prijenosne i

izlazne karakteristike tranzistora.

- Ulazne karakteristike tranzistora



ELEK

- Prijenosne karakteristike tranzistora .konst, CEBC UIfI

B

C

B

C

I

I

I

I

anjačpojaFaktor

1B

C

I

I

E

C

I

I



ELEK

- Izlazne karakteristike tranzistora

Izlazne statičke U-I karakteristike prikazuju ovisnost struje IC kolektora o

naponu UCE između kolektora i emitera za različite struje baze.

.konst, BCEC IUfI



ELEK • Primjena bipolarnog tranzistora

Bipolarni tranzistori se široko primjenjuju u elektroničkim sklopovima,

međutim osnovna im je primjena u pojačalima.

TRANZISTORSKA POJAČALA



ELEK

NAPONSKO POJAČANJE SIGNALA NAPON ULAZNI

SIGNALA NAPON IZLAZNIUA

SIGNALAAZNOG STRUJA UL

SIGNALAIZLAZNOG STRUJA IASTRUJNO POJAČANJE

POJAČANJE SNAGE IUP AAA



ELEK

Blokovska shema pojačivačke kaskade strujnog pojačanja 1600



ELEK Pojačala mogu biti u spoju sa zajedničkim emiterom, sa zajedničkom bazom i

sa zajedničkim kolektorom.

U praksi se najviše rabi pojačalo sa zajedničkim emiterom jer ima dobru

kombinaciju strujnog i naponskog pojačanja, pa zato i veliko pojačanje snage.

Primjer jednostavnog izmjeničnog pojačala u spoju zajedničkog

emitera



ELEK UNIPOLARNI TRANZISTORI

Tranzistori s efektom polja (FET tranzistori) jesu tranzistori u kojima se

protokom struje upravlja vanjskim naponom.

Budući je za rad ovih tranzistora bitna jedna vrsta nosilaca naboja (većinskih)

nazivaju se unipolarni tranzistori.

Prema načinu rada razlikuju se:

a) spojni tranzistor s efektom polja (JFET)

b) tranzistor s efektom polja i izoliranom upravljačkom elektrodom

(MOSFET)

c) bipolarni tranzistor s izoliranom upravljačkom elektrodom (IGBT) –

kombinacija unipolarnih i bipolarnih tranzistora

Simboli različitih tipova unipolarnih tranzistora



ELEK

Struktura N-kanalnog spojnog tranzistora s efektom polja

S – UVOD

D – ODVOD

G – UPRAVLJAČKA

ELEKTRODA



ELEK

Načelni prikaz presjeka strukture N-kanalnog MOSFET-a

Unipolarni tranzistori (JFET, MOSFET) mogu se upotrebljavati kao linearna

pojačala, slično kao bipolarni tranzistori.



ELEK

• Tiristori su elektroničke komponente sa četveroslojnom poluvodičkom

strukturom sa upravljačkom elektrodom.

Najvažnije svojstvo tiristora jest mogućnost upravljanja vrlo velikim snagama

uz utrošak malih iznosa snaga.

Tiristori imaju dva stabilna stanja, vodljivo i nevodljivo, a prijelaz iz jednoga

stanja u drugo stanje vrlo je brz.

• Postoje brojne različite vrste tiristora – široko područje poluvodičkih

elemenata, tako postoje tiristori s dvije, tri i četiri elektrode.


7.2.5. Tiristor


ELEK

• Četveroslojna dioda – jednosmjerni diodni tiristor

Struktura i simbol

jednosmjernog diodnog

tiristora Strujno naponska karakteristika

jednosmjernog diodnog tiristora



ELEK

• Tiristor – SCR – silicijska upravljiva ispravljačica (SILICON CONTROLLED

RECTIFIER)

• JEDNOSMJERNI TRIODNI TIRISTOR



ELEK

Struktura i simbol

jednosmjernog triodnog

tiristora

Strujno naponska karakteristika

jednosmjernog triodnog tiristora



ELEK

• DIJAK (DIAC) – DVOSMJERNI DIODNI TIRISTOR

Struktura i simbol dijaka

Strujno naponska karakteristika dijaka



ELEK

• TRIAC – DVOSMJERNI TRIODNI TIRISTOR

Struktura i simbol Triac

Strujno naponska karakteristika Triac



ELEK

• PRIMJENA TIRISTORA

Tiristori se kao sklopni beskontaktni elementi široko primjenjuju

uglavnom u uređajima energetske elektronike, a najviše se

upotrebljava upravo SCR tiristor.

Primjeri primjene:

- u energetskim pretvaračima – ispravljačima i izmjenjivačima

- za regulaciju brzine vrtnje istosmjernih motora

- za regulaciju rasvjete i sl.



ELEK PRIMJER: Regulacija srednje vrijednosti ispravljenog izmjeničnog napona

Regulacija srednje

vrijednosti ispravljene struje

tiristorom

Poluvalno fazno

reguliranje s tiristorom:

a) shema spoja

b) valni oblik napona

izmjenične mreže

c) valni oblici struja

upravljačke

elektrode za različite

vrijednosti RG

d), e) i f) valni oblici

napona na trošilu za

različite vrijednosti RG



ELEK

Optoelektronički elementi su komponente čije je djelovanje povezano sa

svjetlosnim efektom.

Optoelektroničke elementi se dijele u tri skupine:

- Fotodetektori:

Pretvaraju svjetlosnu energiju u električnu

- Svjetlosni izvori: Električnu energiju pretvaraju u svjetlosnu

- Fotovezni ili optovezni elementi: Kombinacija su svjetlosnog izvora

i fotodetektora

Primjena optoelektroničkih elemenata: - automatsko osvjetljavanje,

- daljinsko upravljanje,

- TV prijemnici i monitori,

- indikatori stanja,

- alarmni sustavi, senzori…


7.2.6. Optoelektronički elementi


ELEK

FOTOOTPORNIK

LDR – Light dependent resistor : Električni otpor ovisi o osvijetljenosti njegove

površine.



ELEK FOTODIODA

Kada se zaporno polarizirana fotodioda osvijetli, povećava se struja: 20 – 500

puta.



ELEK

FOTOTRANZISTOR

Djelovanje slično običnom bipolarnom tranzistoru s tim što se struja baze

stvara osvjetljavanjem PN spoja : Baza – Kolektor.



ELEK SVIJETLEĆE DIODE

LED – Light emitting diode: Propusno polarizirana dioda zrači svjetlost.



ELEK

FOTOVEZNI ELEMENTI

Kombinacija su svjetlosnog izvora (LED) i fotodetektora (fotodioda,

fototranzistor ili sl.) u jednom kućištu.



ELEK

Integrirani sklopovi (engl. integrated circuits, IC) imaju male dimenzije, malu

masu i malu potrošnju snage. Primjenjuju se u suvremenim elektroničkim

sklopovima. Oni zamjenjuju tranzistore u elektroničkim sklopovima kao što su

prethodno tranzistori zamijenili vakuumske elektronske cijevi.

Integrirani sklopovi su suvremene mikroelektroničke komponente za

elektroničke sklopove. Sastoje se od mikroskopski malih elektroničkih

komponenata kao što su diode, tranzistori, otpornici i kondenzatori. Pakiraju se

u pojedinačna hermetički zatvorena kućišta s priključnicama.

Integrirani sklopovi mogu biti linearni i digitalni.

Linearni integrirani sklopovi rabe se u analognim sklopovima, kao što su audio

pojačala, regulatori napona, operacijska pojačala i radiofrekvencijski sklopovi.

Većina su linearnih integriranih sklopova komponente male snage s disipacijom

snage manjom od 1 W. Oni su, međutim, raspoloživi i kao čipovi većih snaga, 5

W ili više.

Digitalni integrirani sklopovi rabe se u računalima, kalkulatorima, digitalnim

satovima, kao i mnogim drugim digitalnim sklopovima.


7.2.7. Integrirani sklopovi


ELEK • LINEARNI INTEGRIRANI SKLOP (LIS)

Linearni integrirani sklop (LIS) je istosmjerno pojačalo vrlo velikog naponskog pojačanja.

LIS se sastoji od diferencijalnog pojačala na ulazu, međustupnja za pojačanje napona i izlaznog stupnja za pojačanje snage.

Osnovni LIS kao industrijski standard μA741 odnosno LM 741 ima naponsko pojačanje 200.000, ulazni otpor 2 MΩ i izlazni otpor 75 Ω.

Linearni integrirani sklop

741:

a) pojednostavljena

shema spoja

strukture

b) simbol s

priključnicama

c) raspored

priključnica na

kućištu



ELEK

LIS pojačava diferencijski ulazni signal, a potiskuje zajednički ulazni signal.



ELEK


• Općenito o pojačalima

Pojačalo ostvaruje pojačanje napona, pojačanje struje ili pojačanje snage.

Pojačanje pojačala je omjer istovrsnih izlaznih i ulaznih veličina.


7.3.1 Pojačala

Blokovske sheme pojačala: a) trokutni kao opći simbol

pojačala s ulazom i izlazom; b) kvadratični s parovima

priključnica


ELEK

Blokovska shema pojačala naponskog pojačanja AU = 40

Blokovska shema pojačala strujnog pojačanja AI = 30



ELEK

)dB(log20

)dB(log20

ul

izI

ul

izI

ul

izU

ul

izU

i

iA

i

iA

u

uA

u

uA

NAPONSKO POJAČANJE

STRUJNO POJAČANJE



ELEK

• Osnovna struktura pojačivačkog elektroničkog sklopa



ELEK • Osnovni spojevi pojačala

Pojačala mogu biti u spoju sa zajedničkim emiterom, sa zajedničkom bazom i sa zajedničkim kolektorom.

U praksi se najviše rabi pojačalo u spoju sa zajedničkim emiterom jer ima dobru kombinaciju strujnog i naponskog pojačanja, pa zato i veliko pojačanje snage.

Osnovne sheme tranzistorskih pojačivačkih spojeva: a) opći slučaj sklopa sa zajedničkom

priključnicom; b) spoj sa zajedničkom bazom; c) spoj sa zajedničkim emiterom; d) spoj sa

zajedničkim kolektorom



ELEK

• Pojačalo u spoju sa zajedničkim emiterom

Temeljna shema spoja pojačala sa zajedničkim emiterom



ELEK

• Analiza rada pojačala sa zajedničkim emiterom

Shema spoja jednostupanjskog pojačala sa

zajedničkim emiterom (instrumenti mjere srednje

vrijednosti)

Valni oblici struja i napona u

pojačalu sa zajedničkim emiterom:

a) struje baze

b) struje kolektora

c) napona na kolektoru



ELEK

• Osnovno o operacijskim pojačalima

Operacijsko pojačalo je sklop koji se sastoji od linearnog integriranog

elektroničkog sklopa (LIS-a) i mreže povratne veze, a velikoga naponskog

pojačanja.

7.3.2 Operacijska pojačala

Ova pojačala su nazvana operacijska pojačala jer mogu obavljati određene

matematičke operacije (zbrajanje, oduzimanje, množenje, dijeljenje i sl.).

U operacijskom pojačalu primjenjuju se stvarni linearni integrirani

elektronički sklopovi, npr. LIS μA741 (ulazni otpor 2 MΩ, izlazni otpor 75 Ω,

naponsko pojačanje AUO = 200.000).



ELEK

• Osnovni sklopovi s operacijskim pojačalima

a) INVERTIRAJUĆE OPERACIJSKO POJAČALO

ul

pv

iz uR

Ru

Invertirajuće operacijsko pojačalo invertira fazu ulaznog signala i pojačava

ulazni signal.



ELEK

b) NEINVERTIRAJUĆE OPERACIJSKO POJAČALO

ul

pv

iz uR

RRu

1

1

Neinvertirajuće operacijsko pojačalo ne invertira ulazni signal, a pojačava

ulazni signal.



ELEK

c) DIFERENCIJSKO OPERACIJSKO POJAČALO

Diferencijsko operacijsko pojačalo nastaje spajanjem invertirajućeg i

neinvertirajućeg operacijskog pojačala, a može biti nesimetrično i

simetrično.

Shema spoja simetričnog diferencijskog

operacijskog pojačala

Shema spoja nesimetričnog

diferencijskog operacijskog pojačala



ELEK

• Primjeri praktične primjene operacijskih pojačala

a) NAPONSKO SLJEDILO

Operacijsko pojačalo spojeno kao naponsko sljedilo ima kratko spojen

izlaz s invertirajućim ulazom pojačala, čime se na izlazu dobiva

istovjetan napon kao na neinvertirajućem ulazu.

uliz uu



ELEK

b) ELEKTRONIČKI SKLOP ZA ZBRAJANJE

3

3

2

2

1

14

R

u

R

u

R

uRu ululul

iz

2

2

1

1

R

u

R

uRu ulul

pviz



ELEK

c) ELEKTRONIČKI SKLOP – DERIVATOR / INTEGRATOR

dt

tduRCtu ul

iz

)()( 21

t t

ululizCR

dtudtu

CRu

0 0 1111

1



ELEK

d) ELEKTRIČNI FILTERI

Električni filteri su elektronički sklopovi koji odvajaju željene električne

signale od neželjenih.

Filteri razdvajaju signale različitih frekvencija, tako da signale određenih

frekvencija propuštaju, a druge guše odnosno ne propuštaju.

Vrste filtera: niskopropusni, visokopropusni, pojasno propusni, pojasno

nepropusni

Niskopropusni filter



ELEK

Visokopropusni filter



ELEK

e) IZVEDBA PROTUPOŽARNOG ALARMA SA OPERACIJSKIM POJAČALOM



ELEK

f) IZVEDBA pH METRA SA OPERACIJSKIM POJAČALOM



ELEK

• Osnovno o oscilatorima

Oscilatori – elektronički sklopovi koji generiraju periodični izmjenični napon

ili struju zadane frekvencije. To su dakle elektronski generatori izmjeničnog

električnog napona ili struje zadane frekvencije. Oscilatori se razlikuju

prema obliku izlaznog signala, frekvenciji, izvedbi i sl.

7.3.3 Oscilatori

Primjeri oblika izlaznog napona –

sinusoidalni, pravokutni, pilasti



ELEK

Oscilatori su elektronički sklopovi sa primjenom u gotovo svim naprednijim

elektroničkim uređajima (ručni sat, radio prijemnik, bežični i mobilni

telefoni, ekrani monitora i TV)

Vrste oscilatora:

- harmonijski – generiraju sinusoidalni napon

- relaksacijski – generiraju pravokutne, pilaste ili druge oblike napona

Prema frekvenciji oscilatori se dijele na:

- niskofrekventne (f < 20 kHz)

- visokofrekventne (RF)

- mikrovalne



ELEK

Prema izvedbi oscilatori se dijele na: RC, RL, LC, mosne i oscilatore s

kristalom.

Zajedničko svim navedenim oscilatorima je primjena prikladne povratne

veze radi stalnog pobuđivanja novih oscilacija.



ELEK

• RC oscilator

Koristi se za dobivanje sinusoidalnih signala frekvencije od nekoliko Hz pa

do nekoliko stotina kHz.



ELEK

• Stabilizator je elektronički sklop koji smanjuje promjene napona radi vanjskih

utjecaja (promjena ulaznog napona, promjena opterećenja, promjena

temperature i sl.)

• VRSTE STABILIZATORA

a) serijski stabilizator – tranzistor kao regulacijski element je serijski

spojen sa trošilom

7.3.4 Stabilizatori napona i struje



ELEK 7.3 Elektronički sklopovi


ELEK

b) paralelni stabilizator – tranzistor kao regulacijski element je paralelno

spojen sa trošilom



ELEK

• STABILIZIRANI IZVORI NAPONA

Blok shema stabiliziranog izvora napona

Serijski stabilizirani izvor napona



ELEK

Izlazna U-I karakteristika stabiliziranog izvora napona

Faktor stabilizacije

IZ

IZ

U

US



ELEK

• OSNOVNO O SKLOPOVIMA ENERGETSKE ELEKTRONIKE

Energetska elektronika je dio elektronike koji se koristi za pretvorbu

parametara električne energije i za upravljanje (regulaciju) tokom električne

energije.

Električna energetska pretvorba se odvija u uređajima energetske

elektronike koji mijenjaju jedan ili više parametara električne energije bez

značajnog gubitka snage uporabom elektroničkih komponenti.

Elektronički energetski pretvarači spajaju dva, po nekom od parametara

električne energije, različita električna sustava.

7.3.5 Elektronički sklopovi energetske elektronike



ELEK

Podjela sklopova energetske elektronike



ELEK

Osnovna struktura elektroničkog energetskog pretvarača:



ELEK

a) ISPRAVLJAČI

Vrste: - poluvalni, punovalni

- neupravljivi, poluupravljivi, punoupravljivi

- JEDNOFAZNI POLUVALNI NEUPRAVLJIVI ISPRAVLJAČ

- PUNOVALNI NEUPRAVLJIVI ISPRAVLJAČ U SPOJU SA ZAJEDNIČKOM

TOČKOM



ELEK

- JEDNOFAZNI PUNOVALNI NEUPRAVLJIVI MOSNI DIODNI ISPRAVLJAČ

(GRETZOV SPOJ)

- JEDNOFAZNI PUNOVALNI UPRAVLJIVI MOSNI TIRISTORSKI

ISPRAVLJAČ



ELEK

- TROFAZNI PUNOVALNI PUNOUPRAVLJIVI MOSNI TIRISTORSKI

ISPRAVLJAČ



ELEK

b) ISTOSMJERNI PRETVARAČI / ČOPERI



ELEK 7.3 Elektronički sklopovi


ELEK

Čoperi su regulatori istosmjernog napona (struje) koji uključivanjem i

isključivanjem elektroničkog ventila sjeckaju ulazni napon i tako na izlazu

daju regulirani istosmjerni napon (ili struju).



ELEK c) IZMJENJIVAČI (DC-AC)

Izmjenjivači su uređaji energetske elektronike koji pretvaraju istosmjernu

električnu energiju u izmjeničnu.



ELEK d) IZMJENIČNI PRETVARAČI (AC-AC) – PRETVARAČI FREKVENCIJE

Izmjenični pretvarači su uređaji energetske elektronike koji na izlazu daju

napon i frekvenciju druge vrijednosti od ulaznog napona i frekvencije, a

koje je u pravilu moguće i regulirati.



ELEK

Primjeri:

• blok shema pretvarača za reguliranje brzine vrtnje motora



ELEK

• primjena energetske elektronike u proizvodnji, distribuciji i potrošnji



ELEK

• Vrste električnih signala

7.3.6 Digitalni elektronički sklopovi

Analogni signali Digitalni signali Binarni signali

Digitalna elektronika – područje elektronike u kojem signali mogu imati dva

iznosa kojima se pridružuju znamenke 0 (low, false) i 1 (hi, true), što

omogućava prikaz podataka u brojčanom obliku binarnog brojevnog

sustava.



ELEK

• Brojevni sustavi

a) Decimalni brojevni sustav (deset znamenaka 0, 1-9)

012 102107103270300372

b) Binarni brojevni sustav (dvije znamenke 0, 1)

10

01234

2

2210214180161

202121202110110

Broj 0 ili 1 BIT (BINARY DIGIT)

4-BITNA RIJEČ (npr.: 1010) NIBBLE

8-BITNA RIJEČ (npr.: 10101100) BYTE



ELEK

Algebarske operacije

- zbrajanje - oduzimanje

10

1

1

1

0

1

1

1

0

0

0

0

0

1

1

1

0

1

11

1

0

0

0

0

BOOLE-ova algebra – osnova digitalnih elektroničkih sklopova

Booleova algebra je zatvoren matematički sustav sastavljen od dva

elementa {0,1} i tri osnovne operacije I (AND), ILI (OR) i NE (NOT).

Svaka operacija se ostvaruje odgovarajućim logičkim sklopom koji su

osnova digitalnih elektroničkih sklopova.



ELEK

• Osnovni logički sklopovi

a) Logički sklop I (AND) – na izlazu daje stanje 1 samo kad su svi ulazi u

stanju 1



ELEK

b) Logički sklop ILI (OR) – sklop koji na izlazu daje stanje 1 kad je bilo koji

ulaz u stanju 1



ELEK

c) Logički sklop NE (NOT) – sklop koji na izlazu daje stanje suprotno

stanju na ulazu



ELEK

d) Logički sklop NI (NAND) – sklop koji daje na izlazu stanje 1 kad je bilo

koji ulaz u stanju 0

e) Logički sklop NILI (NOR) – sklop koji daje na izlazu stanje 1 samo kad

su svi ulazi u stanju 0



ELEK

f) Integrirani logički sklopovi



ELEK

g) Složeni logički sklopovi – povezivanje osnovnih logičkih sklopova



ELEK

• Osnovni digitalni elektronički sklopovi

Kombinacijom osnovnih logičkih sklopova se tvore kompleksniji logički

sklopovi – digitalni sklopovi.

a) Zbrajalo – funkcija zbrajanja u binarnom sustavu



ELEK

b) Multiplekser – prema zadanim uvjetima S izabire jedno od stanja na

ulazima i prenosi ga na izlaz



ELEK

c) Demultiplekser – prema zadanim uvjetima S prenese ulazno stanje na

jedan od izlaza



ELEK

d) Dekoder – prema zadanim uvjetima S postavi jedan od izlaza na

vrijednost 1



ELEK

e) Enkoder – na izlazu daje binarnu riječ koja sadrži redni broj (adresu)

ulaza koji je postavljen u stanje 1



ELEK

f) ROM – sprema informacije u obliku binarnih riječi, a vrijednosti se

mogu čitati a ne i mijenjati



ELEK

g) Sustavi za kontrolu i pristup podacima – rezultate mjerenja fizičkih

veličina se pretvara u digitalni oblik, podaci se logički obrađuju i

rezultat pretvara natrag u analogni oblik

h) Registri

Brojila

Memorije



ELEK 7.4 Elektronički sustavi

• Sustav za digitalno upravljanje

Poopćeni prikaz sustava za digitalno upravljanje prikazan je na slici. Odvijanjem nekog procesa mijenjaju se njegove karakteristične veličine (npr. pomak, brzina, temperatura i sl.). Osjetilo mjeri te promjene i šalje ih na sklop za analognu obradu signala. Analogno-digitalni pretvornik signalu daje digitalni oblik nakon čega signal dolazi u računalo na obradu. Programska potpora (softver) određuje što i kako se u promatranom procesu mora mijenjati. Digitalni signal se iz računala dovodi u digitalno-analogni pretvornik koji ga vraća u analogni oblik. Taj signal djeluje na izvršni član i vrši potrebnu promjenu u procesu.



ELEK Primjer:



ELEK Primjer: Elektronički sustavi u automobilu



ELEK

• Mikroračunala

Danas se upotrebljava vrlo velik broj digitalnih sustava različite namjene

koji se mogu smatrati programski upravljanim uređajima, tj. računalima

različite namjene. Sva se ta računala zasnivaju na načelima koja je prije više

od pola stoljeća izložio američki matematičar John von Neumann. Njegov

model računala prikazan je slikom.



ELEK

• Programirljivi logički upravljači (PLC kontroleri)



ELEK

INFORMACIJSKA ELEKTROTEHNIKA

Grana elektrotehnike koja se bavi primjenom, obradom,

pohranjivanjem, pretvorbom i prijenosom informacija.

Informacijska elektrotehnika

• radiokomunikacije

• telekomunikacije

• računarstvo




ELEK 7.5 Primijenjena elektronika



http://hr.wikipedia.org/wiki/Datoteka:RacunaloBlokDiagram.gif


ELEK

ELEKTRONIKA

Grana elektrotehnike koja se bavi elektroničkim komponentama i

njihovom primjenom u elektroničkim sklopovima i uređajima.

Elektronika:

• energetska elektronika

• informacijska elektronika

• opća elektronika



ELEK

ELEKTRIČNA UPRAVLJAČKA I

REGULACIJSKA TEHNIKA

Grana elektrotehnike koja povezuje informacijsku i energetsku

elektrotehniku, a ima primjenu u gotovo svim drugim granama

tehnike.


6. OSNOVE ELEKTRONIKE - veleri.hr · - elektronske cijevi b) ... prigušnice, transformatori i ......

Documents

Transcript of 6. OSNOVE ELEKTRONIKE - veleri.hr · - elektronske cijevi b) ... prigušnice, transformatori i ......