PRIEMYSELN ELEKTROTECHNIKA Katedra teoretickej a priemyselnej elektrotechniky FEI

PRIEMYSELNÁ ELEKTROTECHNIKA Katedra teoretickej a priemyselnej elektrotechniky FEI TU Košice

Rozdelenie obvodových polovodičových súčiastok 1) Podľa druhu kryštálu: • polykryštalické • monokryštalické 2) Podľa materiálu polovodiča: • Germánium (Ge) • Kremík (Si) • Arzenid gália (Ga. As) 3) Podľa spôsobu riadenia: • Neriadené (diódy) • Riadené (tranzistory, tyristory, triak) 4) Podľa riaditeľnosti: • poloriaditeľné • plnoriaditeľné

Rozdelenie obvodových polovodičových súčiastok 5. Podľa technológie zdokonalenia parametrov: • Klasické (usmerňovačové) diódy a tyristory • Rýchle (frekvenčné) díódy a tyristory • Vypínateľné tyristory (GTO, IGCT), tyristory s pomocným vypínaním (GATT) • Bipolárne tranzistory (BJT) • Unipolárne tranzistory (MOSFET) • Bipolárne tranzistory s izolovaným hradlom (IGBT) • Hybridné a modulové VPS

Rozdelenie VPS 6. Podľa počtu PN priechodov: a) Diódy – 1 b) Bipolárne tranzistory - 2 c) Tyristory - 3 d) Triak - 4 e) Prechod kov – polovodič (Schotkyho dióda)

Tyristor

Tyristor sa podľa pripojeného napätia na jeho elektródach môže nachádzať v troch pre jeho činnosť charakteristických stavoch: a) záverný stav, b) blokovací stav, c) vodivý stav.

Záverný stav tyristora -Priechod J 1 a J 3 sú polarizované záverne a priechod J 2 priepustne. -Tyristorom tečie veľmi malý saturačný prúd priechodu J 1.

Blokovací stav tyristora - Priechod J 1 a J 3 sú polarizované priepustne a priechod J 2 záverne, -Tyristorom tečie veľmi malý saturačný prúd priechodu J 1, -Tyristor je v blokovacom stave, pokiaľ sa neprepolarizuje priechod J 2 do priepustného stavu.

Vodivý stav tyristora - Veľkosť spínacieho napätia závisí hlavne od veľkosti spínacieho prúdu IGT, - Po dosiahnutí hodnoty spínacieho napätia dochádza k prepolarizácií priechodu J 2 a tyristor sa začne správať ako dióda v priepustnom smere.

Vodivý stav tyristora Prídržný prúd IH – pri hodnote tyristorového prúdu IA ≥ IH môže prúd IG zaniknúť (je minimálna hodnota prúdu, ktorú musí tyristor pri zapínaní počas doby trvania hradlového impulzu dosiahnuť, aby tyristor zostal zapnutý).

Zopnutie tyristora Tyristor možno zopnúť do vodivého stavu troma spôsobmi: 1. Prúdom ovládacej elektródy IG. 2. Vysokým UAK: toto napätie sa zvýši tak, že dôjde k lavínovému prierazu priechodu J 2. Veľkosť blokovacieho napätia je len o niečo menšia ako UBRR. 3. Veľkou strmosťou nárastu d. UAK/dt: Ide o nežiadúci spôsob zopnutia tyristora, spôsobený parazitnou kapacitou priechodu J 1.

Vypnutie tyristora Tyristor možno vypnúť dvoma spôsobmi : 1. Krátkou komutáciou UAK, IAK 2. Zmenšením hodnoty prúdu IAK pod hodnotu prídržného (vratného) prúdu IH. (pri poklese prúdu tyristora pod hodnotu prídržného prúdu IH prejde tyristor z priepustného stavu do blokovacieho).

GTO tyristor Bežné tyristory sa nedajú vypnúť prerušením prúdu v riadiacom obvode. GTO (Gate Turn-Off Switch) tyristory majú túto schopnosť. GTO tyristor má väčšie spínacie prúdy oproti klasickému tyristoru. Schématická a) a štrukturálna b) značka GTO tyristora.

Použitie tyristora - Riadený spínač výkonu, (umožňuje dosiahnuť vysokú energetickú účinnosť) - ovládanie nabíjacieho prúdu v nabíjačke batérií, - riadenie regulátora teploty. Z vlastnosti tyristorov vyplýva, že pri použití jedného tyristora sa môžu využiť v pracovnom obvode len kladné polvlny striedavého prúdu, pretože tyristor môžeme uviesť do vodivého stavu len pri kladnom napätí UAK.

Tyristor V prípade tyristora typu NPNP priechody J 1 a J 3 majú vymenené funkcie.

Diak Vlastnosti: • Je trojvrstvová spínacia súčiastka, • súmerná súčiastka, • pri U < UBO sa nachádza v blokovacom stave, • pri U = UBO vzniká ionizácia kryštálovej mriežky, • neriadená súčiastka. Použitie: UB 0 – spínacie napätie IB 0 - spínací prúd n Ako spínacia súčiastka na riadenie tyristorov. n Ako prepäťová ochrana. Vlastnosti diaku nezávisia od polarity priloženého napätia.

Triak • Je päťvrstvová spínacia súčiastka, • dva antiparalelne spojené tyristory, • symetrický riadený spínač, • anódy A 1 a A 2 sa pri zapojení triaku do obvodu nesmú navzájom zameniť (triak by sa mohol zničiť). Spínanie triaka do blízkej bázy

Aplikačné využitie Regulácia výkonu pomocou tyristora D + T U -

Zosilňovače Zosilňovačom nazývame elektronické zariadenie, v ktorom vstupný signál relatívne malého výkonu riadi prenos podstatne väčšej energie z napájacieho zdroja do záťaže. Výstupný (zosilnený) signál je funkciou vstupného (zosilňovaného) signálu.

Rozdelenie zosilňovačov Zosilňovače Jednosmerného signálu Striedavého signálu ( fd = 0, fh ≠ 0) ( fd > 0, fh ≠ 0 ) nízkofrekvenčné fh ≤ 30 000 Hz zosilňovače reči (fd = 300 Hz, fh = 3 000 Hz) vysokofrekvenčné fh > 30 000 Hz zosilňovače hudby (fd = 30 Hz, fh = 30 000 Hz) fh – horná hraničná frekvencia, fd – dolná hraničná frekvencia

Rozdelenie zosilňovačov Ø V závislosti od f 0 – stredná frekvencia: • Širokopásmové, - • úzkopásmové (selektívne). - Ø V závislosti od amplitúdy zosilňovaných signálov: • Zosilňovače malého signálu – predzosilňovače, • zosilňovače veľkého signálu – koncové (výkonové) zosilňovače. Ø Podľa počtu stupňov: • Jednostupňové, • viacstupňové. Ø Podľa väzby medzi stupňami, Ø Podľa fázy budenia. Ø. . .

Základné parametre zosilňovačov Základným parametrom zosilňovačov je výkonové zosilnenie : Podľa prispôsobenia vstupného a výstupného obvodu zosilňovača hovoríme o: napäťovom zosilnení prúdovom zosilnení - Zosilnenie možno vyjadriť ako zodpovedajúci zisk v decibeloch (d. B):

Základné parametre zosilňovačov Frekvenčné vlastnosti zosilňovačov vyjadrujú frekvenčné charakteristiky. Amplitúdová frekvenčná charakteristika (AFCH) Fázová frekvenčná charakteristika (FFCH)

Operačné zosilňovače (OZ) Definícia: Operačným zosilňovačom nazývame zosilňovač vyhotovený integrovanou technológiou na jednom kuse kryštálu. + a) b) Usporiadanie vývodov a) a schematická značka b) OZ.

Rozdelenie a parametre OZ Vzhľadom na riešenei elektronických obvodov rozdeľujeme OZ na ideálne a reálne: IDEÁLNY REÁLNY Napäťové zosilnenie naprázdno AUo ∞ 104 ÷ 106 [-] Vstupná impedancia ZVST ∞ 106 ÷ 108 [W] Výstupná impedancia ZVÝST 0 101 ÷ 102 [W] Vstupné diferenčné napätie Ud 0 0, 1 ÷ 0, 2 [m. V]

Rozdelenie a parametre OZ Vlastnosti reálnych OZ definuje ešte asi 25 ďalších parametrov : napäťové zosilnenie Au. vstupná a výstupná impedancia ZVST , ZVYST. maximálny rozkmit výstupného napätia. napájacie napätie ±Un. Frekvenčný rozsah, šírka prenášaného pásma, v ktorom Au poklesne o 3 d. B vzhľadom na hodnotu pri referenčnej frekvencii f 0. (Často sa určuje aj frekvencia jednotkového zosilnenia f 1, pri ktorej Au(f 1) = 1, ) Ø. . . Ø Ø Ø

Analýza obvodov s OZ (základné schémy zapojenia s OZ) Invertujúci zosilňovač: OZ vykonávajúci operáciu obrátenia fázy, Uvst má opačnú fázu než Uvýst. Vyjadruje sa to záporným znamienkom vo výraze pre výpočet Au.

Analýza obvodov s OZ (základné schémy zapojenia s OZ) Neinvertujúci zosilňovač: OZ vykonávajúci funkciu zosilňujúceho impedančného meniča s veľkým vstupným a malým výstupným odporom. Uvýst je vo fáze s Uvst.

Analýza obvodov s OZ (základné schémy zapojenia s OZ) Integračný zosilňovač: Druh Operačného zosilňovača, ktorý má v spätno-väzobnej vetve kapacitu C; jeho výstupné napätie je úmerné integrálu časového priebehu vstupného napätia! Vstupné napätie Výstupné napätie

Analýza obvodov s OZ (základné schémy zapojenia s OZ) Derivačný zosilňovač: Druh OZ, ktorý má v spätnoväzobnej väzbe odpor R a na vstupe kondenzátor C. Jeho výstupné napätie je úmerné derivácii časového priebehu Uvyst! Vstupné napätie Výstupné napätie

Analýza obvodov s OZ (základné schémy zapojenia s OZ) Rozdielový (diferenčný) zosilňovač: OZ, ktorého výstupné napätie je dané „rozdielom“ oboch vstupov. Tento OZ zosilňuje len rozdiely vstupných signálov – rozdielový signál. .

Analýza obvodov s OZ (základné schémy zapojenia s OZ) Sumačný zosilňovač: OZ vykonávajúci operáciu súčtu „N“ napätí (s presným pripojením viacerých vstupných napätí na invertujúci vstup získame inverzné výstupné napätie).

Analýza obvodov s OZ (základné schémy zapojenia s OZ) Komparačný zosilňovač: Je to OZ vybudený dvoma, alebo viacerými vstupnými signálmi. Je určený na presné porovnávanie dvoch veličín.

Použitie OZ Moderné OZ možno použiť v nízkofrekvenčných aj vysokofrekvenčných obvodoch. Použitie OZ je všestranné, používajú sa v obvodoch automatizovanej, výpočtovej a oznamovacej techniky. S OZ možno realizovať zosilňovače, generátory, komparátory, demodulátory, obvody analógovej aritmetiky a mnohé iné obvody.

OZ Operačný zosilňovač MAA 741

ĎAKUJEM ZA VAŠU POZORNOSŤ Katedra teoretickej a priemyselnej elektrotechniky FEI TU Košice