Wykład 1 - lielow/PTM/Wyklady/W1_Podstawy_elektroniki.pdf · Podstawy elektroniki cz. 1 Wykład 1....
Transcript of Wykład 1 - lielow/PTM/Wyklady/W1_Podstawy_elektroniki.pdf · Podstawy elektroniki cz. 1 Wykład 1....
Techniki mikroprocesorowe
Elementy elektroniczne w technice cyfrowej
• Rezystory
– Rezystory masowe, metalizowane, drutowe
– Potencjometry i helitrimy
– Fototranzystory i termistory
• Kondensatory
– Kondensatory ceramiczne, foliowe, elektrolityczne i tantalowe
– Trymery
2
Techniki mikroprocesorowe
Elementy elektroniczne w technice cyfrowej
• Elementy indukcyjne – Cewki i dławiki – Transformatory
• Diody – Prostownicze i mostki – Fotodiody – LED
• Tranzystory – Bipolarne – Unipolarne – Fototranzystory i transoptory
3
Techniki mikroprocesorowe
Elementy elektroniczne w technice cyfrowej
• Rezonatory i generatory – Rezonator ceramiczny
– Rezonator kwarcowy
– Generator kwarcowy
• Elementy elektromechaniczne – Przełączniki i przyciski
– Enkodery (impulsatory)
– Przekaźniki i styczniki
– Kontaktrony
– Bezpieczniki topikowe 4
Techniki mikroprocesorowe
Elementy elektroniczne w technice cyfrowej
• Elementy audio – Mikrofony
– Głośniki
– Buzzery i blaszki piezo
• Elementy złożone – Układy scalone
– Niektóre czujniki
– Wyświetlacze LCD
– Układy hybrydowe
5
Rezystor
Techniki mikroprocesorowe
• Element oporowy
• Ogranicza prąd w obwodzie
• Podstawowe parametry – Rezystancja (Ω, k Ω, M Ω)
– Moc (mW, W, kW)
– Tolerancja (%)
– Obudowa
• Rodzaje – Węglowe
– Metalizowane
– Drutowe
6
Techniki mikroprocesorowe
Potencjometry i helitrimy
• Element oporowy • Rezystor o regulowanej
rezystancji • Podstawowe parametry
– Rezystancja (Ω, k Ω, M Ω) – Moc (mW, W, kW) – Tolerancja (%) – Obudowa – Charakterystyka
• Rodzaje – Masowe – Drutowe
• Uwagi – Wieloobrotowe nazywane są
helitrimami
7
Techniki mikroprocesorowe
Fotorezystor
• Element oporowy
• Rezystor zmieniający swoją rezystancję w zależności od natężenia światła
• Podstawowe parametry – Maksymalna rezystancja (M Ω)
– Minimalna rezystancja (k Ω)
– Obudowa
– Charakterystyka
8
Techniki mikroprocesorowe
Termistor
• Element oporowy
• Rezystor zmieniający swoją rezystancję w zależności od temperatury
• Podstawowe parametry – Zakres rezystancji
– Charakterystyka
– Obudowa
9
Techniki mikroprocesorowe
Kondensator
• Element pojemnościowy • Podstawowe parametry
– Pojemność (C: pF, nF, µF, mF, F) – Dopuszczalne napięcie (V, kV) – Tolerancja (%) – Obudowa
• Rodzaje – Ceramiczne – Mikowe – Foliowe – Tantalowe – Elektrolityczne
• Uwagi – Elektrolityczne i tantalowe
mają ustaloną biegunowość
10
Techniki mikroprocesorowe
Trymer
• Element pojemnościowy
• Kondensator o regulowanej pojemności
• Podstawowe parametry – Pojemność (C: pF, nF, µF, mF, F)
– Dopuszczalne napięcie robocze (V, kV)
– Tolerancja (%)
– Obudowa
11
Techniki mikroprocesorowe
Cewki i dławiki
• Elementy indukcyjne
• Podstawowe parametry – Indukcyjność (nH, µH, mH, H)
– Prąd (mA, A, kA)
– Dobroć
– Częstotliwość pracy (kHz, MHz)
– Tolerancja (%)
– Obudowa
12
Techniki mikroprocesorowe
Transformatory
• Elementy indukcyjne
• Podstawowe parametry – Napięcie pierwotne (V, kV)
– Napięcie wtórne (V, kV)
– Moc (W, kW)
– Wymiary
– Typ rdzenia
• Rodzaje – Płaszczowe („zwykłe”)
– Toroidalne
13
Techniki mikroprocesorowe
Diody
• Element półprzewodnikowy • Elektrody: anoda i katoda • Podstawowe parametry
– Napięcie wsteczne (V, KV) – Spadek napięcia (V) – Prąd (A, kA) – Obudowa – Szybkość przełączania
• Typ – Prostownicza – Schottky’ego – Tunelowa – Pojemnościowa – Zenera
14
Techniki mikroprocesorowe
Mostki prostownicze (Graetza)
• Element półprzewodnikowy
• Wykorzystywany do konwersji AC do DC
• Podstawowe parametry – Napięcie (V, kV)
– Prąd (A, kA)
– Moc strat (W, kW)
– Obudowa
15
Techniki mikroprocesorowe
Diody elektroluminescencyjne (LED)
• Element półprzewodnikowy
• Elektrody: anoda i katoda
• Podstawowe parametry – Kolor
– Napięcie (V)
– Prąd (mA, A)
– Jasność (mcd)
– Kąt świecenia (stopnie)
– Typ soczewki
– Obudowa
16
Techniki mikroprocesorowe
Fotodioda
• Element półprzewodnikowy
• Dioda, której prąd złącza zwiększa się wraz z ze wzrostem natężenia światła
• Elektrody: anoda i katoda
• Podstawowe parametry – Czas reakcji
– Minimalny spadek napięcia
– Charakterystyka
– Obudowa
17
Techniki mikroprocesorowe
Tranzystor bipolarny
• Element półprzewodnikowy
• Najprostszy wzmacniacz sygnału
• Elektrody: emiter, kolektor i baza
• Podstawowe parametry – Napięcie i prąd CE (V)
– Maksymalny prąd bazy (mA)
– Częstotliwość pracy (kHz, MHz, GHz)
– Spadek napięcia w stanie przewodzenia (mV, V)
– Wzmocnienie
– Dopuszczalna moc strat (mW, W)
– Obudowa
• Dzielą się na PNP i NPN
18
Techniki mikroprocesorowe
Tranzystor JFET (złączowy)
• Element półprzewodnikowy
• Najprostszy wzmacniacz sygnału
• Elektrody: źródło, dren i bramka
• Podstawowe parametry – Napięcie i prąd źródło-dren (V, kV)
– Maksymalne napięcie bramki (V)
– Częstotliwość przełączania (MHz, GHz)
– Napięcie otwarcia (V)
– Moc strat
– Rezystancja w stanie otwartym (mΩ, Ω)
– Obudowa
• Dzielą się na tranzystory z kanałem N i P
19
Techniki mikroprocesorowe
Tranzystor MOSFET (z izolowaną bramką)
• Element półprzewodnikowy
• Najprostszy wzmacniacz sygnału
• Elektrody: źródło, dren i bramka
• Podstawowe parametry – Napięcie i prąd źródło-dren (V, kV)
– Maksymalne napięcie bramki (V)
– Częstotliwość przełączania (MHz, GHz)
– Napięcie otwarcia (V)
– Moc strat
– Rezystancja w stanie otwartym (mΩ, Ω)
– Obudowa
• Dzielą się na tranzystory z kanałem N i P
20
Techniki mikroprocesorowe
Fototranzystor
• Element półprzewodnikowy
• Elektrody: emiter i kolektor
• Prąd kolektora zależy od natężenia światła
• Podstawowe parametry – Czas reakcji (µs, ms)
– Minimalny spadek napięcia (mV)
– Charakterystyka
– Obudowa
21
Techniki mikroprocesorowe
Transoptor
• Element półprzewodnikowy
• Połączenie diody LED i fototranzystora
• Podstawowe parametry
– Prąd diody LED (mA)
– Prąd fototranzystora (mA)
– Częstotliwość przełączania (kHz)
– Napięcie przebicia (kV)
– Charakterystyka
– Obudowa
– Liczba diod/fototranzystorów
• Dzielą się na transoptory w obudowie zamkniętej i otwartej (szczelinowe i odblaskowe) 22
Techniki mikroprocesorowe
Optotriak
• Element półprzewodnikowy
• Połączenie diody LED i triaka
• Podstawowe parametry – Prąd diody LED(mA)
– Częstotliwość przełączania (kHz)
– Napięcie przebicia (kV)
– Maksymalne napięcie i prąd triaka (V, kV, A)
– Obudowa
23
Rezonator kwarcowy i ceramiczny
Techniki mikroprocesorowe
• Stabilizator drgań oscylatorów elektronicznych
• Podstawowe parametry – Częstotliwość nominalna
(kHz, MHz)
– Stabilność (ppm)
– Dobroć
– Obudowa
24
Techniki mikroprocesorowe
Generator kwarcowy
• Rezonator kwarcowy zintegrowany z układem oscylatora
• Podstawowe parametry – Częstotliwość nominalna (MHz,
GHz)
– Napięcie zasilania (V)
– Napięcie wyjściowe (mV, V)
– Kształt sygnału
– Stabilność (ppm)
– Obudowa
• Odmiany: regulowane, stabilizowane termicznie
25
Techniki mikroprocesorowe
Przełączniki i przyciski
• Element mechaniczny stykowy
• Podstawowe parametry – Liczba styków
– Konfiguracja styków
– Maksymalny prąd i napięcie (A, V, kV)
– Rezystancja styków
– Trwałość
– Obudowa
26
Techniki mikroprocesorowe
Enkodery obrotowe (impulsatory)
• Element stykowy lub optoelektroniczny
• Posiada dwie pary styków (nie wymaga zasilania) lub dwa transoptory + tarcza kodowa (wymaga zasilania)
• Podstawowe parametry – Liczba impulsów na obrót
– Rodzaj kodowania
– Obudowa
27
Techniki mikroprocesorowe
Przekaźniki i styczniki
• Element mechaniczny stykowy
• Podstawowe parametry – Napięcie cewki (V)
– Liczba i konfiguracja styków
– Maksymalny prąd i napięcie (A, V, kV)
– Trwałość
– Obudowa
28
Techniki mikroprocesorowe
Kontaktron (rurka kontaktronowa)
• Element mechaniczny stykowy
• Podstawowe parametry – Maksymalny prąd i napięcie
(A, V, kV)
– Konfiguracja styków
– Trwałość
– Obudowa
• W połączeniu z cewką elektromagnesu tworzy przekaźnik kontaktronowy
29
Techniki mikroprocesorowe
Bezpiecznik topikowy
• Element zabezpieczający
• Podstawowe parametry – Czas zadziałania (ze zwłoką,
bez zwłoki)
– Prąd zadziałania
– Maksymalne napięcie pracy
– Obudowa
30
Mikrofon
Techniki mikroprocesorowe
• Podstawowe parametry – Czułość
– Charakterystyka przenoszenia
– Obudowa
• Rodzaje – Dynamiczny
– Elektretowy
– Węglowy
31
Techniki mikroprocesorowe
Głośnik dynamiczny
• Podstawowe parametry – Moc (mW, W)
– Impedancja (Ω)
– Średnica i kształt
32
Techniki mikroprocesorowe
Buzzer (brzęczyk)
• Podstawowe parametry – Napięcie zasilania
– Pobór prądu (mA)
– Głośność (dB)
– Obudowa
• Rodzaje – Z generatorem lub bez
33
Techniki mikroprocesorowe
Przetwornik (blaszka) piezo(elektryczny)
• Podstawowe parametry – Maksymalna amplituda
sygnału sterującego
– Częstotliwość rezonansowa (kHz)
– Głośność (dB)
– Średnica
34
Czujniki różnych wartości
Techniki mikroprocesorowe
• Światło
– Fotorezystor
– Fotodioda
• Dźwięk i drgania
– Mikrofon
– Przetwornik piezo
• Wilgotność
– Higrometr oporowy 36
Techniki mikroprocesorowe
Czujniki różnych wartości
• Przyspieszenie – Akcelerometr
• Nachylenie – Żyroskop
• Ciśnienie – Barometr
• Pole magnetyczne – Magnetometr
• Temperatura – Termistor
• Ruch – Czujnik PIR
37
Narzędzia warsztatowe i przyrządy pomiarowe
Techniki mikroprocesorowe
Narzędzia warsztatowe i przyrządy pomiarowe
38
Techniki mikroprocesorowe
Narzędzia
• Lutownica
– Grzałkowa
– Transformatorowa
• Stacja lutownicza
• Stacja hot air
39
Techniki mikroprocesorowe
Przyrządy pomiarowe
• Sonda (próbnik) logiczna • Multimetr • Miernik RLC (mostek) • Miernik częstotliwości • Generator (funkcyjny) • Oscyloskop • Analizator widma • Wobuloskop i wobulator • Analizator wektorowy • Zasilacz laboratoryjny
40
Techniki mikroprocesorowe
Lutownica grzałkowa (oporowa)
• Zwana też kolbą lutowniczą
• Narzędzie służące do wykonywania połączeń za pomocą niskotemperaturowych stopów lutowniczych, w warunkach amatorskich zwykle stopu SnPb
• Zakres temperatur wynosi zwykle od 100°C do 400°C
• Lutownica grzałkowa składa się z uchwytu, grzałki ogrzewającej grot (zwykle ceramicznej) i wymiennego grota
41
Techniki mikroprocesorowe
Lutownica grzałkowa (oporowa)
• Zwykle moc lutownicy grzałkowej nie przekracza kilkudziesięciu watów
• Lutownice grzałkowe małej mocy posiadają zwykle stabilizację temperatury
• Może być zasilana napięciem sieciowym lub niskim napięciem
• Większość modeli wykorzystywanych w elektronice współpracuje ze stacją lutowniczą
42
Techniki mikroprocesorowe
Lutownica grzałkowa (oporowa)
• Zalety
– Stabilność temperatury grota
– Łatwa wymiana grota
– Modele niskonapięciowe są bezpieczne dla użytkownika i podzespołów elektronicznych
– Różne kształty i rozmiary grotów
• Wady
– Zwykle niewielka moc i mała pojemność cieplna grota
– Długi czas nagrzewania 43
Lutownica transformatorowa
Techniki mikroprocesorowe
• Lutownica posiadająca zamiast grzałki transformator dostarczający niskie napięcie o dużym natężeniu, nagrzewające grot (zwykle wykonany z drutu miedzianego)
• Lutownice transformatorowe zasilane są w przeważającej części napięciem sieciowym
• Ich moc jest zwykle większa, a czas nagrzewania grota wyraźnie krótszy niż w przypadku lutownic grzałkowych
45
Techniki mikroprocesorowe
Lutownica transformatorowa
• Zalety – Szybkie nagrzewanie i małe spadki temperatury
podczas lutowania
• Wady – Tylko zasilanie sieciowe
– Brak stabilizacji temperatury
– Wysokie temperatury nominalne
– Ryzyko uszkodzenia lutowanego elementu napięciem indukowanym w grocie
– W zasadzie jeden rodzaj grotu 46
Techniki mikroprocesorowe
Stacja lutownicza
• Urządzenie pełniące rolę zasilacza i stabilizatora temperatury podłączonej do niego dedykowanej lutownicy grzałkowej
• Stacja lutownicza wyposażona jest w pokrętło lub przyciski, pozwalające ustawić wybraną temperaturę grota oraz bardzo często wyświetlacz wskazujący ustawioną i bieżącą temperaturę
48
Techniki mikroprocesorowe
Stacja hotair
• Stacja hotair wytwarza strumień gorącego powietrza o ściśle kontrolowanej temperaturze i sile
• Gorące powietrze dostarczane jest do specjalnej dyszy, pozwalającej skierować je w wybrane miejsce
• Wykorzystywana jest do lutowania elementów montowanych powierzchniowo (SMD), zwłaszcza w obudowach BGA oraz przy demontażu
50
Techniki mikroprocesorowe
Stacja hotair
• Zakres temperatur powietrza wydmuchiwanego przez dyszę wynosi od kilkudziesięciu do ponad 400°C
• Wyróżnia się stacje hotair z wentylatorem nadmuchu w uchwycie dyszy i z kompresorem w stacji
51
Techniki mikroprocesorowe
Próbnik (sonda) logiczny
• Próbnik logiczny jest przyrządem pomiarowym pozwalającym określić bieżący stan logiczny w dowolnym punkcie urządzenia cyfrowego
• Zaawansowane modele posiadają również możliwość detekcji zboczy sygnału
• Może być zasilany z baterii lub badanego układu
53
Techniki mikroprocesorowe
Multimetr (miernik uniwersalny)
• Uniwersalny przyrząd pomiarowy pozwalający mierzyć takie wartości jak: napięcie AC i DC, natężenie AC i DC oraz rezystancję. Bardziej zaawansowane modele pozwalają też zmierzyć pojemność kondensatorów, częstotliwość i indukcyjności
• Większość modeli posiada również funkcje pomiaru wzmocnienia tranzystora, napięcia wstecznego diody, temperatury (za pomocą termopary) i ciągłości obwodu
55
Techniki mikroprocesorowe
Multimetr (miernik uniwersalny)
• Pomiary częstotliwości, pojemności i indukcyjności są zwykle obarczone istotnym błędem pomiarowym
• Podstawowym parametrem multimetru jest zakres pomiarowy mierzonych wartości oraz dokładność pomiaru dla każdego zakresu
56
Techniki mikroprocesorowe
Analizator stanów logicznych
• Przyrząd pozwalający rejestrować dla późniejszej analizy sekwencje cyfrowe występujące na jednej lub wielu (zwykle wielokrotność liczby 8) liniach cyfrowych
• Urządzenie może próbkować badany sygnał korzystając z własnej podstawy czasu lub jednej z badanych linii sygnałowej. W drugim przypadku próbkowanie może być wyzwalane określonym zboczem lub stanem logicznym
58
Techniki mikroprocesorowe
Analizator stanów logicznych
• Najważniejsze parametry: maksymalna częstotliwość wejściowa i częstotliwość próbkowania oraz liczba kanałów
59
Techniki mikroprocesorowe
Generator funkcyjny
• Przyrząd potrafiący generować na swoim wyjściu przebieg o określonej częstotliwości, kształcie i amplitudzie
• Generowane częstotliwości pokrywają zwykle zakres od ułamka herza do dziesiątek, setek lub tysięcy MHz
• Najczęściej dostępne kształty sygnału: sinusoidalny, prostokątny, trójkątny i piłokształtny
61
Techniki mikroprocesorowe
Generator funkcyjny
• W przypadku przebiegu prostokątnego zwykle istnieje możliwość ustawienia jego wypełnienia, a czasem nawet wygenerowania określonej sekwencji logicznej
• Parametry: zakres częstotliwości, obsługiwane kształty sygnałów i zakres amplitud generowanych sygnałów
62
Techniki mikroprocesorowe
Miernik częstotliwości
• Urządzenie pomiarowe pozwalające mierzyć częstotliwość sygnału, zwykle o dowolnym kształcie i amplitudzie od pojedynczych mV do kilkunastu lub kilkudziesięciu V
• Mierniki częstotliwości zwykle obsługują zakres od kilku Hz do kilku GHz, przy czym dla setek MHz i GHz zwykle oferują mniejszą dokładność spowodowaną wykorzystaniem preskalera częstotliwości wejściowej
64
Techniki mikroprocesorowe
Miernik częstotliwości
• Mierniki częstotliwości bardzo często oferują też pomiar współczynnika wypełnienia sygnału i jego okresu
• Podstawowe parametry miernika częstotliwości to zakres mierzonych częstotliwości i zakres napięć wejściowych
65
Techniki mikroprocesorowe
Miernik (mostek) RLC
• Mostek RLC jest przyrządem pomiarowym pozwalającym zmierzyć rezystancję, indukcyjność i pojemność
• Oferują znacznie większą dokładność niż multimetry wyposażone w analogiczne funkcje
• Najważniejsze parametry: zakresy mierzonych wartości
67
Techniki mikroprocesorowe
Oscyloskop
• Oscyloskop pozwala na wizualną obserwację kształtu) sygnału oraz pomiar jego amplitudy w funkcji czasu
• Można wyróżnić oscyloskopy analogowe, cyfrowe i analogowo-cyfrowe
• Oscyloskop może posiadać jeden lub kilka kanałów wejściowych. W przypadku oscyloskopów wielokanałowych zwykle istnieje możliwość wykonania mniej lub bardziej skomplikowanych operacji matematycznych, takich jak suma, różnica lub iloczyn
69
Techniki mikroprocesorowe
Oscyloskop
• Najważniejsze parametry oscyloskopu to pasmo i dopuszczalne napięcie wejściowe, w przypadku oscyloskopów cyfrowych także częstotliwość próbkowania
70
Techniki mikroprocesorowe
Analizator widma
• Urządzenie pomiarowe pozwalające na obserwację i pomiar amplitudy sygnału w funkcji częstotliwości
• Podobnie jak wobuloskop wykorzystywany głównie w technice audio, radiowej i pomiarowej
72
Techniki mikroprocesorowe
Analizator wektorowy
• Przyrząd pomiarowy pozwalający na pomiar różnych parametrów sygnału poprzez prezentacje ich wzajemnych relacji
• Analizatory wektorowe przewidziane są zwykle do pomiarów sygnałów określonego typu
74
Techniki mikroprocesorowe
Zasilacz laboratoryjny
• Zasilacz laboratoryjny pozwala na dostarczanie napięć zasilających o ściśle określonych parametrach, takich jak napięcie, natężenie, tętnienia itp.
• Zasilacze laboratoryjne w zależności od typu mogą posiadać fabrycznie zdefiniowane napięcia i prądy i/lub możliwość konfiguracji tych parametrów
76
Techniki mikroprocesorowe
Zasilacz laboratoryjny
• Większość zasilaczy laboratoryjnych posiada zabezpieczenia przeciwzwarciowe i ograniczenia nadmiarowoprądowe
• Podstawowe parametry zasilacza to zakres napięć roboczych i maksymalna wydajność prądowa
77