Elektronika Az elektronika passzv alkatrszei Elads tartalma Passzv

Elektronika Az elektronika passzív alkatrészei

Előadás tartalma • • • Passzív és elektromos ellenállások fajtái, tulajdonságaik Kondenzátorok fajtái, tulajdonságaik Tekercsek fajtái, tulajdonságaik

Ellenállások • • Áram és a feszültség közötti kapcsolat leírására alkalmazott arányossági tényező Passzív ellenállás (statikus): • Elektromos ellenállás (dinamikus): • • Fix értékű Változtatható értékű

Ellenállások • Üzemszerűen mi változtatja az ellenállás értékét: – – – Potenciométer (csúszka elmozdulása) Nyúlásmérő bélyeg (mechanikai behatás, nyúlás) Termisztor (hőre változik!!!) Varisztor (feszültségre változik) Fotoellenállás ( fényre változik) Hall-ellenállás (mágneses térre változik)

Passzív ellenállások • • • Az ellenállás értéke nagy relatív állékonyságot mutat a környezeti paraméterekkel szemben A modern elektronika leggyakrabban alkalmazott alkatrésze mind diszkrét, mind integrált formában Megvalósítás szerint: – – Huzalellenállás Rétegellenállás

Huzalellenállások • • • Alacsony hőmérsékleti együttható Nagy áram terhelhetőség Kis értékű ellenállások Fix és változtatható értékű kivitel (pl. műterhelés) Ellenállás számítása: • 1000 °C alatti üzemre tervezett huzalellenállás anyagok: – – Manganin (Cu-Ni ötvözet, forrasztható) Konstantán (Cr-Ni ötvözet, nem forrsztható)

Rétegellenállások • Szobahőmérsékleten a legkedvezőbb paraméterek: – – – – • Anyaguk alapján lehetnek: – – • Alacsony zaj Jó linearitás Alacsony hőmérsékleti drift Nagy terhelhetőség Alacsony meghibásodási gyakoriság Magas üzemi hőmérséklet Alacsony hőmérsékleti együttható Kristályos szénréteg Szénréteg Tömör szén Fémréteg, stb. A leggyakrabban fémréteg ellenállás

Rétegellenállások • Fizikai megvalósítás alapján lehetnek: – – – • • Önhordó (axiális vagy radiális lábkivezetés, THT) Felületszerelt (SMT) Vastag- vagy vékonyréteg ellenállások (hibrid, multichip, stb. ) Egyedi, vagy hálós kialakítás Ólmos vagy ólommentes forrasztásra kialakítottak

Rétegellenállások

Ellenállások jellemző paraméterei • • • Ellenállás értéke Toleranciája Terhelhetősége • Hőfokfüggése

Ellenállások hőmérsékletfüggése • • • Maximális üzemi hőmérséklet Növekvő környezeti hőmérséklet esetés a terhelhetőség csökken Hőmérsékleti együttható lehet : – – Pozitív Negatív

Ellenállások helyettesítőképe • • Hozzávezetés miatt kapacitás Huzalellenállás -> tekercselés miatt, rétegellenállás -> trimmerelés miatt induktivitás • • • Az ellenállás impedanciája frekvenciafüggő Alacsonyabb értékű ellenállások esetén induktivitás Magasabb értékű ellenállások esetén a kapacitás a jellemző

Ellenállások zaja • Minden alkatrész termel zajt 0°K felett (termikus vagy Johnsonzaj) • A termelt zaj az ellenállás gyökével nő • Pz=k. TB – – – • T = abszolút hőmérséklet B = az ellenállásra jutó jel sávszélessége k = Boltzmann állandó ( 1, 38*10 -23 [Ws/K] Kerülni kell az indokolatlanul nagy értékű ellenállások használatát!

Elektromos ellenállások • Külső hatásra az áram és a feszültség közötti arányossági tényező megváltozik • A változás az • Fajtái: – – – Nyúlásmérőbélyeg Hőellenállás (termisztor) Varisztor Fotoellenállás Hall-ellenállások dinamikus ellenállással írható le

Nyúlásmérőbélyeg • • • Az iparban leggyakrabban alkalmazott átalakító A félvezető alapú nyúlásmérők elterjedőben Hőmérsékletfüggést kompenzálni kell: – – Teljes hidas kapcsolás Aktív/passzív szenzorok a semleges szálban – – – g = gauge-faktor, átalakítási tényező R 0 = a bélyeg terheletlen ellenállása ΔR = az ellenállás változás mértéke erő hatására •

Hőellenállás (termisztor) • • Hőmérsékleti együttható szempontjából létezik: – Pozitív hőmérsékleti együtthatójú (PTK, PTC) – Negatív hőmérsékleti együtthatójú (NTK, NTC) PTK: – – – Nagy hőmérsékletű mérések (1000 -3000°C) Túláram korlátozás Demagnetizálás (katódsugárcsöves megjelenítőkben)

NTK, NTC • • Negatív hőmérsékleti együttható Alapanyagok: – – • Fémoxidok Titán vegyületek Alkalmazási terület: – – – -40…+200°C Hőmérséklet mérés Nagyfrekvenciás teljesítménymérés

Varisztor • • • Fémoxid és félvezető alapú Erősen nemlineáris karakterisztika Alkalmazási terület: – – Túlfeszültség levezetés Feszültségfüggő osztás

Hall-ellenállások • Hall-hatás: – • Mágnese térben az elektronok pályája elhajlik, ha az áram útjára merőlegesen létrehozunk mágneses teret, így az áram útja megnő, ami az ellenállás növekedését eredményezi Alkalmazási területük: – – Méréstechnika (lineáris üzem) Közelítéskapcsoló (kapcsolóüzem)

Kondenzátorok • Töltéstárolási képesség • • • Ɛ = dielektromos állandó (permittivitás) A = tároló lemezek felülete d = tároló lemezek távolsága Ɛ 0 = vákuum dielektromos állandója ( ~8, 855*10 -12 As/Vm) Ɛr = dielektromos állandó • Lemezek közötti szigetelőanyag tulajdonságai: – – Véges szigetelési ellenállás Fajlagos ellenállása nagy, nem végtelen

Kondenzátorok csoportosítása • Dielektrikum alapján: – – • Mechanikai konstrukció alapján: – – – – • Önhordó Tekercselt Hengeres Fazék Réteg Fólia Trimmer Felületszerelt (SMD) Értékük relatív állandósága alapján: – – • Légnemű vagy folyadék Műanyag Elektrolit Kerámia, csillám, kvarc Fixértékű Változtatható értékű A kondenzátorra kapcsolható feszültség alakja szerint: – – Polarizált Nem polarizált

Nem-polarizált kondenzátorok • • • A nem elektrolit dielektrikumúak általában nem polarizáltak Legelterjedtebb a műanyag dielektrikumú Kis és stabil kapacitások a kerámia, csillám vagy kvarc kondenzátorok • Fémezett papír kondenzátorok (MP) – – • ~k. V-os átütési tartomány A dielektrikum olajjal átitatott papír A fegyverzetek gőzölögtetéssel felvitt rétegek Motorindító, fáziskompenzáló Műanyag dielektrikumú kondenzátor: – – ~n. F-tól ~µF kapacitás értékig ~100 V-ig Stabil kapacitást igánylő áramkörökben Dielektrikumai: polisztirol, polipropilén, polietiléntereftalát, polietilén naftalát, polikarbonát, polifenilszulfid

Nem-polarizált kondenzátorok • Kerámia dielektrikumú kondenzátor: – – – Nagy frekvencián is megbízható Alacsony veszteségi tényező Stabil Kis értékű Hőmérsékleti együttható pozitív és negatív is lehet

Polarizált kondenzátotok • • Száraz vagy nedves dielektrikumú A dielektrikum anyaga lehet: – – • Alumíniumoxid kondenzátor: – – – – • Alumíniumoxid Tantálpentoxid Az egyik elektróda alumínium fólia Megnövelt felületű alumíniumoxid szigetelés (rendkívül jó szigetelő) Másik elektróda folyékony elektrolit Veszteségi tényező rossz Szivárgó áram jelentős Nagy kapacitás Alacsony élettartam Tantálpentoxid kondenzátor: – – Kis méretben jelentős kapacitás Stabil kapacitás Széles hőmérsékleti tartomány Kis mértékű fordított polaritást is elvisel

Valóságos kondenzátor helyettesítő képe • • • Rp = dielektrikum veszteségei Rs = hozzávezetések és belső összeköttetések veszteségi ellenállása L = struktúrától függő induktivitás • A kondenzátorokat általában a soros rezonancia frekvencia alatt használják, így induktivitásuk elhanyagolható Nagyfrekvencián a soros, míg kisfrekvencián a párhuzamos ellenállás dominál •

Jósági tényező • • • A jósági tényező (Q) a kondenzátor meddő teljesítményének és a veszteségi teljesítménynek a hányadosa Veszteségi tényező = tgδ Φ az áram és feszültség közötti fázisszög. δ = 90°- Φ veszteségi szög Ih az áram hatásos komponense Im az áram meddő komponense

Veszteségi tényező • • Veszteségi tényező = tgδ Függvénye a frekvenciának és a hőmérsékletnek • Veszteségi ellenállások: – Kisfrekvencián – Nagyfrekvencián

Feszültség terhelhetőség • • Növekvő feszültség = növekvő hővé alakított veszteség Nagyon vékony dielektrikumon fellépő térerő • • A gyártó általában a rákapcsolható névleges egyenfeszültséget adja meg A megengedett váltakozó feszültséget a névleges feszültség százalékában vagy abszolút értékben adják meg • A hőmérséklet növekedésével csökken a megengedett feszültség • frekvenciafüggő

Szivárgó áram • • A dielektrikum véges fajlagos ellenállása miatt a fegyverzetek között szivárgás lép fel Jelentős a mértéke az elektrolit kondenzátoroknál Töltését záros időn belül elveszti Katalógusadat

Tekercsek • Az induktivitások fizikai megvalósításai • Általában kapcsolóüzemű tápegységekben, illetve zavarszűrő kapcsolásokban használjuk • Fajtái: – – Légmagos Vasmagos

Légmagos tekercsek • • • Kis induktivitás Nagyfrekvencián Induktivitásuk stabil, lineáris Mechanikai stabilitás alacsony Csak rézveszteség • • µ = permeabilitás N = menetszám l = tekercs hossza A = tekercs keresztmetszete

Vasmagos tekercsek • • Ferromágneses anyagok Mágnesezési görbéje nem lineáris Rézveszteség Vasmag veszteségei: – – – • • • Pv = vasveszteség PH = hiszterézis-veszteség Pö = örvényáramú veszteség PV=PH+PÖ A hiszterézis-veszteség arányos a mágnesezési görbe által bezárt területtel és a frekvenciával Az örvényáramú veszteség a vasmag kialakításától függ, a frekvencia négyzetével arányosan nő