Archiwa kategorii: Teoria w pigułce

Potencjometr (rezystor nastawny)

  • potencjometr (rezystor nastawny) to rezystor, którego oporność możemy regulować (nastawiać); symbol potencjometru na schematach:
Ryc

Ryc. 1 Podstawowy symbol potencjometru.

symbole pozost

Ryc. 2 Inne, często spotykane, symbole potencjometrów.

  • podstawowy podział potencjometrów:

a) ze względu na zmianę rezystancji podczas ruchu ślizgacza:

- liniowe (oznaczenie A) – przyrost rezystancji jest wprost proporcjonalny do kąta obrotu ślizgacza;

- logarytmiczne (oznaczenie B) – początkowo rezystancja rośnie szybko, potem powoli

- wykładnicze (oznaczenie C) – początkowo rezystancja rośnie powoli, potem szybko

(uwaga, niekiedy oznaczenia typów A, B, C są zmienione w zależności od producenta, dlatego należy to sprawdzić w nocie katalogowej)

b) ze względu na typ obudowy:

- montażowe

x standardowe (potocznie znane jako pr-ki)

x precyzyjne (wieloobrotowe)

Ryc

Ryc. 3 Potencjometry montażowe: a) standardowy; b) precyzyjny.

- obrotowe:

x standardowe

x precyzyjne (wieloobrotowe)

Ryc

Ryc. 4 Potencjometry obrotowe: a) standardowy; b) precyzyjny.

- suwakowe

Ryc

Ryc. 5 Potencjometr suwakowy.

  • budowa – potencjometr najczęściej posiada 3 wyprowadzenia: dwa wyprowadzenia są połączone ze sobą ścieżką o stałej rezystancji (ścieżka oporowa), trzecie wyprowadzenie zakończone jest ślizgaczem, który przesuwa się po ścieżce oporowej
Ryc

Ryc. 3 Schematyczna budowa potencjometru: 1, 2, 3 – wyprowadzenia; 4 – ślizgacz; 5 – ścieżka oporowa po której przesuwa się ślizgacz.

  • zasada działania – potencjometr zachowuje się jak dzielnik napięcia, z tą różnicą, że kręcąc pokrętłem przesuwamy ślizgacz (zakończenie wyprowadzenia 2), a tym samym zmniejszamy lub zwiększamy oporność rezystorów R1 i R2:
Ryc

Ryc. 4 a) Schematyczna budowa potencjometru, gdzie ścieżka oporowa została przedstawiona jako dwa rezystory: R1 i R2; b) potencjometr został schematycznie przedstawiony jako typowy dzielnik napięcia.

 

Rodzaje diod

1. Dioda – dwuzaciskowy (dwuelektrodowy) element elektroniczny, który przewodzi prąd elektryczny tylko w pewnych warunkach:

  • stan przewodzenia – stan w którym przez diodę płynie prąd; do jednego bieguna (anody) doprowadzono „plus” zasilania, zaś do katody „minus”;
  • stan zaporowy – stan w którym przez diodę nie płynie prąd (w rzeczywistości płynie prąd, ale możemy go pominąć, gdyż jest rzędu μA); do anody doprowadzono „minus” zasilania, zaś do katody „plus”

2. Podział diod:

  • ze względu na materiał – krzemowe, germanowe, z węglika krzemu, arsenka galu…
  • ze względu na budowę – diody złączowe (warstwowe), ostrzowe; stopowe, dyfuzyjne
  • ze względu na funkcję – uniwersalne, prostownicze, impulsowe, pojemnościowe, elektroluminescencyjne (LED), laserowe, mikrofalowe, Zenera

3. Krótka charakterystyka poszczególnych typów diod:

  • diody prostownicze – „prostują” napięcie lub prąd zmienny o małej częstotliwości przetwarzając go na prąd jednokierunkowy; przewodzą prąd dopiero po przekroczeniu określonej wartości napięcia w kierunku przewodzenia (dla diod krzemowych wynosi ona ok. 0,7 V, a dla germanowych ok. 0,3 V)
dioda prostownicza

Ryc. 1 Dioda prostownicza: a) symbol graficzny (A – anoda, K – katoda); b) przykładowa dioda.

  • diody stabilizacyjne – stabilizują lub ograniczają napięcie, mimo znacznych zmian natężenia prądu; pracują przy polaryzacji w kierunku zaporowym; np. diody Zenera;
Ryc.

Ryc. 2 Dioda Zenera: a) symbol graficzny (A – anoda, K – katoda); b) przykładowa dioda.

  • diody pojemnościowe (warikapy, waraktory) – pracują przy polaryzacji zaporowej, charakteryzując się zmienną pojemnością sterowaną napięciem; im wyższe napięcie tym mniejsza pojemność diody;
Ryc

Ryc. 3 Dioda pojemnościowa: a) symbol graficzny (A – anoda, K – katoda); b) przykładowa dioda.

  • diody przełączające (impulsowe) – niewielki czas przełączania przy zmianie polaryzacji pomiędzy kierunkiem przewodzenia i zaporowym; np. diody Schottky;
Ryc

Ryc. 4 Dioda Schottky: a) symbol graficzny (A – anoda, K – katoda); b) przykładowa dioda.

  • diody mikrofalowe - prostują, generują i wzmacniają przebiegi elektryczne w częstotliwościach mikrofalowych;
Ryc

Ryc. 5 Dioda tunelowa – symbol graficzny (A – anoda, K – katoda).

  • diody elektroluminescencyjne (LED) – diody świecące (więcej tutaj)
Ryc

Ryc. 6 Dioda LED: a) symbol graficzny (A – anoda, K – katoda); b) przykładowa dioda.

  • diody transil – zabezpieczają układy przed przepięciami, w chwili przekroczenia dopuszczalnego napięcia diody gwałtownie zaczynają przewodzić prąd;
Ryc

Ryc. 7 Dioda transil: a) symbol graficzny (A – anoda, K – katoda); b) przykładowa dioda.

Wybór przełącznika

  • łuk elektryczny – powstaje często przy rozłączaniu styków przez które płynie prąd (np. błysk który można zaobserwować w gniazdku podczas odłączania jakiegoś urządzenia)- im wyższe prąd i napięcie płyną przez styki w momencie ich rozłączania, tym większe prawdopodobieństwo wystąpienia silnego łuku elektrycznego, wysoka temperatura z nim związana może zdeformować powierzchnię styków (przez przeniesienie drobin materiału na drugi styk), zwiększając ich rezystancję, a z czasem nawet całkowicie je uszkadzając

– powstaje najczęściej przy rozłączaniu styków przez które płynie prąd;

– może powstawać podczas łączenia w skutek niewielkich drgań styków, a co za tym idzie krótkotrwałego ich rozłączania

  • „obwód suchy” – obwód w którym napięcie i prąd są tak niewielkie (odpowiednio 20V i 200mA), że nie powodują powstania łuku elektrycznego przy ich rozłączaniu;
  • styki wykonuje się z różnych materiałów:

– złoto – jest miękkie, w obwodach o zbyt wysokim prądzie i napięciu szybko się wypala; stosowane w obwodach o napięciu do 20-30V i prądzie do 1A;

– srebro i stopy srebra – stosowane w obwodach w których napięcie i natężenie jest zbyt wysokie dla styków złotych; nie można stosować przy zbyt niskich napięciach i prądach ze względu na proces utleniania ich powierzchni;

– różne stopy srebra, kadmu i innych dodatków – w obwodach z napięciami większymi od 15V; nie można ich stosować przy zbyt niskich napięciach i prądach.

  • styki uniwersalne – wykonane z pozłacanego srebra – w obwodach małonapięciowych i małoprądowych funkcjonują jako styki złote, w obwodach o wyższym napięciu i prądzie cieniutka warstwa złota wypala się i funkcjonują jako styki srebrne;
  • wszystkie styki od dołu (od strony po której się je przylutowuje) są szczelne, góra przełączników jeśli nie zastosujemy wersji szczelnej (lub nie założymy na nie specjalnego kapturka) jest podatna na zabrudzenia po pewnym czasie ich eksploatacji, co także może uszkodzić przełącznik;
  • trwałość styków – maksymalne napięcie i prąd (których wartość można sprawdzić w nocie katalogowej) przy których przełącznik powinien pracować bezawaryjnie przez określoną ilość przełączeń (zwykle kilkadziesiąt tysięcy);
  • trwałość mechaniczna styków – wynosi zwykle kilka milionów cykli i ma związek ze zmęczeniem materiału;
  • trwałość jest większa przy prądzie zmiennym niż stałym – w prądzie zmiennym rozłączając styki możemy trafić na moment chwilowego obniżenia napięcia i prądu (a nawet na napięcie zerowe); dlatego niektóre przełączniki mają inne dopuszczalne wartości natężenia i napięcia dla prądu stałego i zmiennego;
  • trwałość zależy od odległości między stykami – im jest ona większa tym szybciej gaśnie łuk elektryczny;
  • trwałość zależy także od producenta – przełącznik „firmowy” będzie lepszy od „niefirmowego” (często chińskiego) mimo teoretycznie tych samych parametrów;

 

Kondensator – podstawowe informacje

  • bierny element elektroniczny zbudowany z dwóch przewodników (okładek) rozdzielonych dielektrykiem (izolatorem)
  • symbole kondensatora na schematach:

Ryc

  • podstawową funkcją kondensatora jest gromadzenie ładunku elektrostatycznego na jego okładkach po podłączeniu go do źródła napięcia prądu; po odłączeniu kondensatora od obwodu przechowuje on zgromadzoną energię elektryczną; ponowne umieszczenie kondensatora w obwodzie zamkniętym bez źródła napięcia, lub ze źródłem napięcia niższym od napięcia zgromadzonego w kondensatorze uwolni on część lub całość energii elektrycznej;
  • podstawowy parametr kondensatora jest pojemność, czyli zdolność kondensatora do gromadzenia ładunku; pojemność oznaczamy literą „C”, jednostką jest F (farad)
C = Q / U 
1F = 1C / 1V

gdzie: C – pojemność [F]
Q – ładunek zgromadzony na jednej okładce [C] – w kulombach*
U – napięcie pomiędzy okładkami [V]

*kulomb – ładunek elektryczny przepływający w czasie 1s przez przewód, gdy natężenie prądu to 1A
1C = 1s x 1A

  • pojemność kondensatorów połączonych szeregowo to (odwrotnie niż rezystory):
CZ = (C1 + C2) / (C1 x C2)
  • pojemność kondensatorów połączonych równolegle to (odwrotnie niż rezystory):
CZ = C1 + C

  •  podstawowy podział kondensatorów: 
Ryc 1. Podstawowy podział kondensatorów.

1. Kondensatory elektrolityczne

  • podział
 – aluminiowe - pojemność > 1 µF do 1 F,
 – tantalowe - pojemności do ok. 3000 µF
 – niobowe - wąski zakres pojemności, napięcia do 10V
 – niskoimpedancyjne
 – superkondensator (goldcap, supercap) – bardzo duża pojemność i szybkość ładowania/rozładowywania, 
Ryc

Ryc. 2 Różne rodzaje kondensatorów elektrolitycznych: a) aluminiowy; b) tantalowy; c) niskoimpedancyjny; d) superkondensator.

  •   budowa

Kondensator elektrolityczny aluminiowy zbudowany jest z dwóch taśm aluminiowych (okładzin) rozdzielonych papierem (dielektrykiem czyli izolatorem), który jest nasączony elektrolitem (pełniącym rolę elektrody ujemnej).  Jedna z taśm aluminiowych pełni rolę anody. Jej powierzchnia jest bardzo chropowata, co znacznie zwiększa jej powierzchnię. W procesie produkcji kondensatorów zachodzi tzw. proces formowania - podłącza się je do źródła napięcia wyższego od nominalnego napięcia danego kondensatora. W rezultacie na taśmie aluminiowej pełniącej rolę anody (pod wpływem jonów ujemnych z elektrolitu) tworzy się cienka warstwa tlenku glinu, który tak jak papier pełni funkcję izolatora. Do czego zatem służy druga taśma aluminiowa? Doprowadza ona prąd do katody, czyli elektrolitu.

Ryc. 3 Uproszczony przekrój przez kondensator elektrolityczny.

  • cechy – kondensator elektrolityczny aluminiowy
 – duża pojemność (od > 1 µF do 1 F) przy stosunkowo niewielkich rozmiarach,
 – mała rezystancja szeregowa,
 – mała indukcyjność szeregowa,
 – muszą być polaryzowane napięciem stałym*  (w przeciwnym razie może dojść do eksplozji)
 – przewodzą prąd jednokierunkowo*
 -zbyt wysokie napięcie powoduje ponowne rozpoczęcie procesu formowania, a tym samym wydzielania gazowego wodoru, co może doprowadzić do eksplozji kondensatora,
 – przy niewłaściwym czy długotrwałym przechowywaniu mogą wysychać - cieniutka warstwa tlenku glinu uszkadza się, a zwiększone ciśnienie podczas pracy kondensatora może spowodować jego rozszczelnienie
*wyjątek kondensatory bipolarne
  • zastosowanie
Kondensatory elektrolityczne stosowane są w obwodach zasilania jako kondensatory filtrujące i gromadzące energię. Stosowane są też jako kondensatory sprzęgające i blokujące w urządzeniach m.cz., pracujących z częstotliwościami do mniej więcej 100kHz.

2. Kondensatory ceramiczne

  • podział – wyróżniamy 3 typy:
 -typ 1 – najlepsze ze stosowanych popularnie kondensatorów, mają ściśle określony współczynnik temperaturowy i małe straty, ale zakres ich pojemności to jedynie od 0,1pF do 10nF;
 – typ 2 (ferroelektryczne) – mają gorsze parametry, ale za to mają większą pojemność od 100pF do 1uF i niewielkie rozmiary;
 – typ 3 (półprzewodnikowe) – parametrami zbliżone są do kondensatorów typu 2, ale są jeszcze mniejsze, ich zakres pojemności wynosi od 100pF do 10uF
Ryc

Ryc. 4 Kondensator ceramiczny.

  • budowa
Podstawowym składnikiem dielektryka jest dwutlenek tytanu w postaci sprasowanego proszku.
  • zastosowanie
Kondensatory ceramiczne stosuje się powszechnie w obwodach wielkiej częstotliwości, zarówno jako elementy obwodów rezonansowych, jak i do sprzęgania, blokowania oraz filtrowania. 
  • oznaczenia – ich wyjaśnienie znajdziecie tutaj

3. Kondensatory foliowe

  • podział – ze względu na rodzaj dielektryka:
 – polistyrenowe (styrofleksowe) – oznaczenie KSF, KS, MKS - najbardziej stabilne kondensatory foliowe, ich tolerancja może wynosić nawet 0,5%, probukowane w zakresie pojemności od 10pF do 100nF; zastosowanie: układy wysokich częstotliwości (w.cz.), filtry telekomunikacyjne;
 –   poliestrowe - oznaczenie MKSE lub MKT - najpowszechniejsze kondensatory foliowe, parametrami zbliżają się do kondensatorów ceramicznych ferroelektrycznych, zakres pojemności od 100pF do 100uF; układy małych i pośrednich częstotliwości (m.cz., p.cz.);
 – poliwęglanowe - oznaczenie MKC - mają lepsze parametry od kondensatorów MKT, ale są znacznie większe;
 – polipropylenowe - oznaczenie KMP, KFMP lub MKP - stosowne w układach impulsowych (z dużymi pikami prądów i napięć), zakres pojemności od 1nF do 10uF; stosowane w obwodach impulsowych.
Ryc

Ryc 5. Różne rodzaje kondensatorów foliowych: a) MKS; b) MKT; c) MKP.

  • budowa 

Dielektrykiem jest folia z tworzywa sztucznego, zaś okładziny mogą być wykonane z folii aluminiowej lub z folii z tworzywa sztucznego na którą próżniowo naniesiono metal – aluminium (kondensatory metalizowane).

Diody LED – podstawowe informacje

  • diody LED (z ang. Light Emitting Diode), zwane również diodami elektroluminescencyjnymi lub po prostu diodami świecącymi
  • dwuelektrodowy (dwuzaciskowy) element elektroniczny, który jest półprzewodnikiem
  • symbol diody świecącej na schematach:
Rys. 1 Symbol diody świecącej.
  • rozmiar diody zwykle wyrażany jest [mm] i oznacza średnicę diody, najpopularniejsze mają 5mm
  •  kształt diody może być różny, co pokazuje poniższe zdjęcie, ale najczęstszy jest kształt pocisku
Rys. 2 Różne kształty diod (źródło http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/9e/Verschiedene_LEDs.jpg)
  • power LED (diody mocy) to osobna klasa diod charakteryzująca się dużym natężeniem światła, z uwagi na znacznie większą moc (w porównaniu do diod tradycyjnych) wymagają chłodzenia; stosowane np. w samochodach, w oświetleniu budynków, ulic…
Rys. 3 Dioda power LED o mocy 3W na płytce.
  • przejrzystość – mamy 3 typy obudowy:

– przezroczyste (dobrze świecące na wprost, gorzej widoczne z boku),
– matowe (dyfuzyjne) białe (słabiej świecą na wprost, dobrze widoczne z boku),
– matowe (dyfuzyjne) w kolorze diody (łatwo określić kolor diody, nawet gdy nie świeci, ale czasem trudno poznać czy jest zapalona czy zgaszona)

  •  kolor diody – najpopularniejsze (i najtańsze) są czerwone, pomarańczowe, żółte, żółto-zielone; zamiast konkretnego koloru dioda może być opisana (zwłaszcza w notach katalogowych) długością fali emitowanego światła:

podczerwień     – ponad 700nm
czerwony          – od 630nm do 700nm
pomarańczowy – od 590nm do 630nm
żółty                 – od 570nm do 590nm
zielony              – od 500nm do 570nm
niebieski           – od 450nm do 500nm
fioletowy          – od 390nm do 450nm
ultrafiolet          – poniżej 390nm

  • diody mogą być jednokolorowe (dioda świeci jakimś kolorem x), dwukolorowe (dioda świeci kolorem x lub y), trójkolorowe (dioda świeci kolorem x, kolorem y, lub kolorem z będącym połączeniem barw x i y) lub pełnokolorowe – RGB (pozwalają na uzyskanie dowolnego koloru)
  • światłość (jasność) – wyrażana jest w mcd (minikandelach) lub cd (kandelach) oznacza z jaką mocą dioda świeci w danym kierunku. Całkowita ilość emitowanego światła podawana jest w lm (lumenach)
  • napięcie i prąd pracy – wraz ze wzrostem napięcia wzrasta pobierany przez diodę prąd, co po przekroczeniu wartości granicznych spowoduje przepalenie diody. Napięcie przewodzenia diody LED w zależności od koloru i typu wynosi od 1,6V do 26V.