poradnik małego elektronika

MINISTERSTWO EDUKACJI i NAUKI

Anna Kembowska Krzysztof Kembowski

Dobieranie i sprawdzanie elementw elektronicznych 311[08].O1.07

Poradnik dla ucznia

WydawcaInstytut Technologii Eksploatacji Pastwowy Instytut Badawczy Radom 2005

Projekt wspfinansowany ze rodkw Europejskiego Funduszu Spoecznego

0

Recenzenci: mgr Arkadiusz Sadowski mgr in. Anna Tpolska

Opracowanie redakcyjne: mgr Katarzyna Makowska

Konsultacja: dr Boena Zajc

Korekta: mgr in. Jarosaw Sitek

Poradnik stanowi obudow dydaktyczn programu jednostki moduowej 311[08].O1.07 Dobieranie i sprawdzanie elementw elektronicznych zawartego w moduowym programie nauczania dla zawodu technik elektryk.

WydawcaInstytut Technologii Eksploatacji Pastwowy Instytut Badawczy, Radom 2005


1

SPIS TRECI1. Wprowadzenie 2. Wymagania wstpne 3. Cele ksztacenia 4. Materia nauczania 4.1. Elementy bierne 4.1.1. Materia nauczania 4.1.2. Pytania sprawdzajce 4.1.3. wiczenia 4.1.4. Sprawdzian postpw 4.2. Diody prostownicze i stabilizacyjne 4.2.1. Materia nauczania 4.2.2. Pytania sprawdzajce 4.2.3. wiczenia 4.2.4. Sprawdzian postpw 4.3. Tranzystory i tyrystory 4.3.1. Materia nauczania 4.3.2. Pytania sprawdzajce 4.3.3. wiczenia 4.3.4. Sprawdzian postpw 4.4. Elementy optoelektroniczne 4.4.1. Materia nauczania 4.4.2. Pytania sprawdzajce 4.4.3. wiczenia 4.4.4. Sprawdzian postpw 4.5. Zasady montau i demontau elementw 4.5.1. Materia nauczania 4.5.2. Pytania sprawdzajce 4.5.3. wiczenia 4.5.4. Sprawdzian postpw 5. Sprawdzian osigni 6. Literatura 3 4 5 6 6 6 11 11 14 15 15 20 20 22 22 22 26 27 28 29 29 34 34 36 37 37 42 42 44 45 53


2

1. WPROWADZENIEPoradnik bdzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy i ksztatowaniu umiejtnoci z zakresu dobierania i sprawdzania elementw elektronicznych. W poradniku zamieszczono: materia, wiczenia, pytania sprawdzajce oraz przykadowe testy. Szczegln uwag zwr na instrukcje do badania elementw elektronicznych. Struktura poradnika zostaa dopasowana do potrzeb ucznia. Tre kadego rozdziau umoliwia przygotowanie si do wiczenia, wykonanie pomiarw i opracowanie sprawozdania stanowicego dokumentacj przeprowadzonych bada.


3

2. WYMAGANIA WSTPNE Przystpujc do realizacji programu jednostki moduowej powiniene umie: definiowa podstawowe prawa i zalenoci dotyczce obwodu prdu staego i zmiennego, stosowa podstawowe prawa i zalenoci dotyczce obwodw prdu staego i zmiennego, posugiwa si podstawowymi przyrzdami i elektronicznym sprztem pomiarowym, posugiwa si schematami elektrycznymi ideowymi i montaowymi, opracowa wyniki pomiarw wykorzystujc technik komputerow, stosowa zasady bhp i ochrony ppo. obowizujce na stanowisku pracy.


4

3. CELE KSZTACENIAW wyniku realizacji jednostki moduowej powiniene umie: rozpoznawa elementy elektroniczne na podstawie wygldu zewntrznego, oznacze na nich stosowanych oraz na schematach, rozrnia funkcje rnych elementw w ukadach elektronicznych, scharakteryzowa podstawowe parametry elementw elektronicznych biernych i czynnych, okreli zastosowanie rnych elementw elektronicznych, poczy elementy elektroniczne na podstawie schematw ideowych i montaowych, zmierzy parametry podstawowych elementw elektronicznych, oceni stan techniczny elementw elektronicznych na podstawie ogldzin i pomiarw, wyznaczy na podstawie pomiarw charakterystyki prdowo-napiciowe podstawowych elementw elektronicznych, zinterpretowa charakterystyki prdowo-napiciowe elementw elektronicznych, skorzysta z literatury i kart katalogowych elementw elektronicznych, dobra zamienniki elementw elektronicznych z katalogw, zastosowa podstawowe prawa i zalenoci dotyczce obwodw prdu staego i zmiennego, opracowa wyniki pomiarw wykorzystujc technik komputerow, zastosowa zasady bhp i ochrony ppo. obowizujce na stanowisku pracy.


5

4. MATERIA NAUCZANIA 4.1. Elementy bierne

4.1.1. Materia nauczaniaRodzaje elementw i ich waciwoci 1. Rezystory 2. Kondensatory 3. Cewki indukcyjne 4. Termistory 5. Warystory 6. Hallotrony Rezystory to elementy, ktrych podstawowym parametrem elektrycznym jest rezystancja, a inne parametry, takie jak pojemno i indukcyjno powinny by jak najmniejsze. Rezystor jest zbudowany z korpusu, czci oporowej i pokrycia zabezpieczajcego cz oporow przed uszkodzeniem. podstawowy symbol rezystora Rezystory dzielimy ze wzgldu na: a) cechy funkcjonalne: rezystory, potencjometry, termistory, warystory, magnetorezystory, b) charakterystyk prdowo-napiciow: liniowe, nieliniowe, c) materia oporowy: oporowe drut stopowy zoony z miedzi, niklu, cynku, manganu, elaza jest nawinity na ceramiczny waek lub rurk, wglowe warstwy oporowe s wykonane z wgla lub z tzw. kompozycji organicznej, ktr jest sproszkowany materia o duej rezystywnoci zwizany dielektrykiem organicznym, warstwowe warstwy oporowe s wykonane z wgla lub metalu napylonego lub naparowanego lub kompozycji organicznych. Do rezystorw warstwowych zalicza si rezystory objtociowe, w ktrych wystpuje lity element oporowy przewodzcy prd ca objtoci (wytrzymuj due obcienia prdowe i mocowe). Parametry a) rezystancja znamionowa jest to warto rezystancji podawana na obudowie elementu, b) tolerancja jest to dokadno z jak s wykonane rezystory o danej wartoci rezystancji znamionowej. S to nastpujce wartoci tolerancji: na przykad: pm 0,5% E 192, pm 5% E 24, pm 20% E 6,


6

c) moc znamionowa jest to najwiksza dopuszczalna moc wydzielona w rezystorze, ktrej warto zaley od konstrukcji zastosowanego materiau, a take od sposobu chodzenia rezystora. Kondensator to ukad dwch lub wicej przewodnikw (okadzin) odizolowanych warstw dielektryka gromadzcy energi pola elektrycznego. symbol oglny kondensatora Parametry kondensatorw: a) Cn pojemno znamionowa okrela zdolno do gromadzenia adunkw elektrycznych, b) Un napicie znamionowe jest to najwiksze dopuszczalne napicie stae lub zmienne, ktre moe by przyoone do kondensatora, c) tangens kta stratnoci jest to stosunek mocy czynnej wydzielajcej si w kondensatorze do mocy biernej magazynowanej w kondensatorze przy napiciu sinusoidalnie zmiennym, d) Iu prd upywowy jest to prd pyncy przez kondensator przy doprowadzonym napiciu staym, e) (C) jest to temperaturowy wspczynnik pojemnoci okrela wzgldn zmian pojemnoci zalen od temperatury, f) napicie probiercze. W zalenoci od typu kondensatora wynosi od 1,4 do 2,5 Un. Kady kondensator przez okrelony czas, zwykle 1 minut, powinien bez adnej szkody wytrzyma napicie probiercze. Rodzaje kondensatorw: mikowe, ceramiczne, papierowe, z tworzyw sztucznych (organiczne), elektrolityczne.


7

Cewki symbol oglny cewki Wrd cewek indukcyjnych wyrnia si dwa zasadnicze typy: a) ukad jednej cewki, ktrej parametrem dominujcym jest indukcyjno wasna L, b) ukad dwch cewek sprzonych magnetycznie, ktrych gwnym parametrem, oprcz indukcyjnoci wasnych obydwu cewek (odpowiednio L1 i L2) jest indukcyjno wzajemna. Cewki dzielimy ze wzgldu na: a) z jakiego materiau jest wykonany rdze: cewki indukcyjne bezrdzeniowe (powietrzne) wwczas magnetoprzewodem dla strumienia magnetycznego wzbudzonego jest powietrze, cewki indukcyjne rdzeniowe o magnetowodzie z materiau ferromagnetycznego (otwartym lub zamknitym). Uycie rdzenia ferromagnetycznego powoduje zwikszenie indukcyjnoci wasnej, a w cewkach sprzonych magnetycznie zwikszenie indukcyjnoci wzajemnej, b) ze wzgldu na budow: cylindryczne (solenoidalne), paskie, toroidalne, o przekroju koowym, o przekroju wieloboku, cewki wykonane technik cienkowarstwow. W rzeczywistej cewce indukcyjnej, oprcz indukcyjnoci, uwzgldnia si parametry resztkowe: rezystancj lub konduktancj, uzwojenia (reprezentujce straty w przewodach doprowadzajcych, straty w dielektryku) oraz zastpcz pojemno midzyzwojow.

Rys. 4.1.1. Symbol cewki rzeczywistej [1]

Parametrami podstawowymi charakteryzujcymi cewk s: a) indukcyjno zastpcza L, b) dobro QL. Dawiki s to cewki z rdzeniem ferromagnetycznym o nieliniowej charakterystyce magnesowania rdzenia. Jest to element o duej indukcyjnoci wasnej, ktrego zadaniem jest eliminowanie lub tumienie skadowej zmiennej sygnau w obwodzie. Zwykle wsppracuje on z kondensatorami, tworzc filtry dolnoprzepustowe. W zalenoci od czstotliwoci pracy, wyrniamy dawiki maej i wielkiej czstotliwoci. Dawiki wykonuje si z cieszego drutu ni cewki indukcyjne (ich rednica wynosi od 0,05 do 0,1 mm), gdy ich rezystancja odgrywa drugorzdn rol.


8

Termistory s to elementy pprzewodnikowe, bezzczowe, ktrych rezystancja jest funkcj temperatury. Ze wzgldu na przebieg charakterystyki rezystancyjno-temperaturowej R=f(T). symbol graficzny termistora Termistory dzielimy na 3 grupy: a) termistory NTC Negativ Temperature Coefficent, ujemny wspczynnik temperaturowy, b) termistory PTC Positiv Temperature Coefficent, dodatni wspczynnik temperaturowy, c) termistory CTR Critical Temperature Resistor, rezystor o temperaturze krytycznej.

Rys. 4.1.2. Charakterystyki rezystancyjno-temperaturowe termistorw [1]

Zastosowania termistorw: a) do pomiarw: temperatury metod oporow, mocy w zakresie mikrofal, cinienia gazw, poziomu cieczy, b) w ukadach sygnalizacji, regulacji i stabilizacji temperatury, c) do kompensacji temperaturowej ukadw elektronicznych. Warystory s to rezystory wykonane z pprzewodnika, ktrych rezystancja zaley od napicia doprowadzonego do ich zaciskw. WARIable resisTOR.

symbol graficzny warystora Warystory wytwarza si technologi spiekania mieszaniny sproszkowanych materiaw. Przy czym w najwikszych ilociach z wglika krzemu SiC, nowsze za typy z tlenku cynku ZnO i bizmutu BiO.


9

Rys. 4.1.3. Charakterystyki prdowo-napiciowa i rezystancyjno-napiciowa warystora [1]

Zastosowania warystorw: a) w ukadach ochrony urzdze elektrycznych przed przepiciem, b) w ukadach stabilizacji prdw i napi, c) w ksztatowaniu przebiegw elektrycznych prdw i napi. Hallotron jest elementem pprzewodnikowym wykorzystujcym zjawisko Halla. Jest nazywany rwnie czujnikiem Halla lub generatorem Halla.

symbol graficzny hallotronu Zasada dziaania hallotron polega na tym, e przez pytk pprzewodnika midzy elektrod 1 i 2 pynie prd sterujcy Ix. W wyniku dziaajcego na ni prostopadego pola magnetycznego o indukcyjnoci Bz midzy elektrod 3 i 4 powstaje napicie pola.

Rys. 4.1.4. Budowa hallotronu [1]

Zastosowanie hallotronw: a) w podzespoach biernych do pomiaru natenia pola magnetycznego, b) w ukadach wsppracujcych z magnesami trwaymi do pomiaru, regulacji i stabilizacji pola magnetycznego, c) jako wyczniki bezkontaktowe.


10

4.1.2. Pytania sprawdzajceOdpowiadajc na podane pytania, sprawdzisz, czy jeste przygotowany do wykonania wicze. 1. Jakie s rodzaje elementw elektronicznych biernych ? 2. Jakie s parametry poszczeglnych elementw? 3. Jakie s funkcje poszczeglnych elementw w ukadach elektronicznych? 4. Jakie przyrzdy pomiarowe stosuje si do wyznaczania parametrw elementw elektronicznych biernych? 5. Jak obliczy rezystancje, pojemnoci i indukcyjnoci elementw biernych? 6. Jak metod naley zastosowa do wyznaczania parametrw elementu elektronicznego biernego? 7. Jakie s zasady bezpieczestwa przy badaniu elementw biernych?

4.1.3. wiczeniawiczenie 1 Zmierz rezystancj danego elementu: metod techniczn, metod mostkow, omomierzem. Sposb wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie powiniene: 1) poczy ukad pomiarowy wedug schematu,

Rys. 4.1.5. Schemat ukadu pomiarowego [1]

2) dobra przyrzdy pomiarowe, 3) dobra metod pomiaru rezystancji,Projekt wspfinansowany ze rodkw Europejskiego Funduszu Spoecznego

11

4) 5) 6) 7) 8)

wykona pomiary rezystancji kilku rezystorw poczonych w rnych konfiguracjach, obliczy warto rezystancji mierzonych, dokona pomiaru rezystancji omomierzem, dokona pomiaru rezystancji mostkiem, porwna rezystancje obliczone z zmierzonymi. Wyposaenie stanowiska pracy: zasilacz prdu staego, woltomierz i amperomierz prdu staego, mostek RLC, omomierz, zestaw rezystorw.

wiczenie 2 Zmierz pojemno kondensatora: metod techniczn, metod mostkow. Sposb wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie powiniene: 1) poczy ukad pomiarowy wedug schematu,

AAtr Hz

I

V

U

C1

C2

W


2) dobra przyrzdy pomiarowe, 3) dobra metod pomiaru pojemnoci, 4) wykona pomiary pojemnoci kilku kondensatorw konfiguracjach, 5) obliczy warto pojemnoci mierzonych, 6) dokona pomiaru pojemnoci mostkiem, 7) porwna pojemnoci obliczone ze zmierzonymi. Wyposaenie stanowiska pracy: zasilacz prdu zmiennego,

poczonych

w

rnych


12

woltomierz i amperomierz prdu zmiennego, mostek RLC, zestaw kondensatorw. wiczenie 3 Zmierz indukcyjno: metod techniczn, metod mostkow. Sposb wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie powiniene: 1) poczy ukad pomiarowy wedug schematu,

A + 30V W Rs U

I L

V

Rys. 4.1.7. Schemat ukadu pomiarowego do pomiaru rezystancji cewki [1]

Rys.4.1.8 Schemat ukadu pomiarowego do pomiaru impedancji cewki [1]

2) 3) 4) 5) 6) 7)

dobra przyrzdy pomiarowe, dobra metod pomiaru indukcyjnoci, wykona pomiary indukcyjnoci kilku cewek poczonych w rnych konfiguracjach, obliczy warto indukcyjnoci mierzonych, dokona pomiaru indukcyjnoci mostkiem, porwna indukcyjnoci obliczone ze zmierzonymi.


13

Wyposaenie stanowiska pracy: zasilacz prdu zmiennego, zasilacz prdu staego, woltomierz i amperomierz prdu staego i zmiennego, mostek RLC, zestaw cewek.

4.1.4. Sprawdzian postpwCzy potrafisz: 1) zdefiniowa parametry elementw biernych? 2) obliczy rezystancje rezystora w rnych konfiguracjach? 3) obliczy pojemnoci kondensatorw w rnych konfiguracjach? 4) obliczy indukcyjnoci cewek przy rnych poczeniach? 5) zmierzy parametry elementw biernych? 6) oceni stan techniczny elementw na podstawie ogldzin i pomiarw? 7) opracowa wyniki pomiarw? Tak Nie


14

4.2 Diody prostownicze i stabilizacyjne4.2.1 Materia nauczaniaRodzaje elementw i ich waciwoci 1. Zcze p-n 2. Diody prostownicze 3. Diody stabilizacyjne Pprzewodniki s materiaami powszechnie stosowanymi do produkcji elementw i ukadw elektronicznych. Kady materia (ciao stae) ma pewn warto rezystywnoci. W zalenoci od jej wartoci materiay dzielimy na metale i niemetale (dielektryk, pprzewodnik), rnice si waciwociami fizykochemicznymi. Rnica pomidzy pprzewodnikiem i dielektrykiem jest umowna i dotyczy jedynie szerokoci pasma zabronionego. Pprzewodniki maj pasmo zabronione o szerokoci Wg mniejszej bd rwnej 2eV. Wg energia eV elektronowolt energia, jak uzyskuje elektron w wyniku zmiany swojego potencjau o 1V.

Rys. 4.2.1. Model pasmowy

a) pprzewodnika

b) dielektryka [8]

Powszechnie stosowanymi materiaami pprzewodnikowymi s: krzem i german (pierwiastki IV grupy ukadu okresowego Mendelejewa), arsenek galu, fosforek galu, arsenofosforek galu (zwizki pierwiastkw). Z modelu pasmowego wynika, e czysty pprzewodnik w zasadzie nie przewodzi prdu elektrycznego. Barier dla nonikw prdu stanowi pasmo zabronione. Pprzewodniki typu n i p Pprzewodniki zbudowane s z atomw, ktre tworz sie krystaliczn. Atomy w sieci s zwizane wizaniami kowalencyjnymi. Jeeli atomy tworzce monokryszta pprzewodnika, pozbawione s defektw w sieci krystalicznej i domieszek, to taki pprzewodnik nazywa si samoistny. O pprzewodniku niesamoistnym mwimy wwczas, gdy w sieci krystalicznej monokrysztau zamiast atomw pierwiastka materiau pprzewodnikowego znajdzie si inny atom (na przykad w sieci krystalicznej krzemu znajduje si fosfor). Powstaje wwczas tzw. pprzewodnik domieszkowany.


15

Rys. 4.2.2. Sie krystaliczna

a) pprzewodnik typu n b) pprzewodnik typu p [8]

Pprzewodnik, w ktrego wzach sieci krystalicznej znajduj si atomy V grupy ukadu okresowego (fosfor, arsen, antymon, bizmut) nazywa si pprzewodnikami typu n. Pprzewodnik, w ktrego wzach sieci krystalicznej znajduj si atomy III grupy ukadu okresowego (bor, aluminium, gal, ind) nazywa si pprzewodnikami typu p. Wolne elektrony w pprzewodniku typu n mog by atwo oderwane od atomu domieszki i przej do pasma przewodnictwa (powodujc przewodzenie pprzewodnika) podobnie dzieje si z dziurami w pprzewodniku typu p. Zcze p-n Podczenie dwch monokrysztaw ciaa staego (pprzewodnik, metal) w ten sposb, e tworz cisy kontakt nazywamy zczem. Zcza mog by: metal-pprzewodnik i pprzewodnik-pprzewodnik, ktre s wykorzystane w elektronice.

Rys. 4.2.3. Zcze p-n [8]

W momencie zetknicia si pprzewodnika p z pprzewodnikiem typu n nastpuje proces dyfuzji. Elektrony (noniki z pprzewodnika typu n) bd przechodziy na stron pprzewodnika typu p, natomiast dziury (noniki w pprzewodniku typu p) bd przechodziy na stron pprzewodnika typu n. W okolicach zcza powstaje bariera potencjaw, ktra uniemoliwi dalszy przepyw nonikw. Powstaa w ten sposb warstwa nazywa si warstw zaporow. Aby zcze mogo przewodzi naley doczy do niego z zewntrz napicie polaryzujce. Rnica potencjaw dla zcza wykonywanego z krzemu wynosi 0,60,7V, natomiast z germanu wynosi 0,2-0,3V.


16

Polaryzacja zcza 1. w kierunku przewodzenia 2. w kierunku zaporowym

Rys. 4.2.4 Polaryzacja zcza a) w kierunku przewodzenia b) w kierunku zaporowym [8]

Zcze spolaryzowane (doczone napicie zewntrzne) w kierunku przewodzenia przewodzi prd elektryczny (napicie zewntrzne > 0,6V). Zcze spolaryzowane w kierunku zaporowym nie przewodzi prdu elektrycznego.

Rys. 4.2.5. Charakterystyka zcza p-n [8]

Diody pprzewodnikowe Diod pprzewodnikow nazywamy element wykonany z pprzewodnika, zawierajce zacze p-n z dwiema kocwkami wyprowadze. Klasyfikacja diod ze wzgldu na: a) materia: krzemowe, germanowe, arsenek galu, b) konstrukcj: ostrzowe, warstwowe stopowe, dyfuzyjne mesa, planarne, epiplanarne, c) zastosowanie: prostownicze, uniwersalne,Projekt wspfinansowany ze rodkw Europejskiego Funduszu Spoecznego

17

impulsowe, Zenera, pojemnociowe: warikapy, waraktory, tunelowe, detekcyjne, mieszajce.

Diody prostownicze s przeznaczone do prostowania napicia bd prdu przemiennego o maej czstotliwoci. Prostowanie jest to przetwarzanie prdu przemiennego (zmiennego) na prd jednokierunkowy. Dioda prostownicza zaczyna przewodzi dopiero po przekroczeniu pewnej wartoci napicia w kierunku przewodzenia. Dla diod krzemowych wynosi ono okoo 0,7V, a dla germanowych okoo 0,3V. Diody prostownicze maj oznaczenie: diody wysokiego napicia BAYP50, BYP350, diody typowe BYP401, BYP680, diody mocy D00-100-10, D20- 300-10, diody szybkie mocy- DR12-10-01. Diody prostownicze maj ma rezystancj w kierunku przewodzenia (rzdu pojedynczych omw).

Rys. 4.2.6. a) charakterystyka prdowo napiciowa diody prostowniczej, b) symbol diody, c) zastosowanie: jako prostownik 1-powkowy [8]

Parametry IF - prd w kierunku przewodzenia, UF - napicie w kierunku przewodzenia, IR - prd w kierunku zaporowym, UR - napicie w kierunku zaporowym. Parametry graniczne (dopuszczalne) diody prostowniczej: maksymalny prd przewodzenia I0, maksymalne napicie wsteczne URm, na przykad dla BYP401/50 oznacza, e: I0=1A URm =50V. Diody prostownicze, ze wzgldu na moc dzielimy na: maej mocy poniej 1W, redniej mocy 1-10W, duej mocy powyej 10W.


18

Diody stabilizacyjne (Zenera) s to diody przeznaczone do stabilizacji lub ograniczenia napi. Diody stabilizacyjne pracuj przy polaryzacji w kierunku zaporowym, charakteryzujc si niewielkimi zmianami napicia pod wpywem duych zmian prdu.

UZ napicie stabilizacji IR prd wsteczny PZ max moc diody ZeneraRys. 4.2.7. a) charakterystyka diody Zenera, b) symbol diody Zenera, c) zastosowanie stabilizator parametryczny [8]

Parametry diody Zenera: napicia stabilizacji Uz [V], moc (maksymalna) diody Pz [W], na przykad dla diody BZP611C5V6: Uz=5,6V Pz=250mW. Napicie wsteczne UZ, przy ktrym nastpuje gwatowne zakrzywienie charakterystyki nazywa si napiciem Zenera. Warto napicia Uz zaley od rezystywnoci uytego krzemu i dla najczciej spotykanych typw diod Zenera wynosi od kilku do kilkudziesiciu woltw.

Rys. 4.2.8. Charakterystyka napiciowo-prdowa diody Zenera [8]

Spadek napicia na diodzie w obszarze przebicia, zwany napiciem stabilizacji, prawie nie zaley od prdu przepywajcego przez diod. Parametrem, ktry charakteryzuje zaleno napicia stabilizacji od prdu jest rezystancja dynamiczna rz, wyraajca stosunek przyrostu napicia stabilizacji Uz do przyrostu prdu Iz.Projekt wspfinansowany ze rodkw Europejskiego Funduszu Spoecznego

19

U z I z Rezystancja dynamiczna diody Zenera w zakresie stabilizacji jest bardzo maa. W rozwaaniach przyblionych przyjmuje si, e napicie stabilizacji jest stae (niezalene od prdu) rwne wartoci napicia Zenera Uz. Maksymalna warto prdu Izmax, przy ktrej dioda Zenera moe pracowa, jest ograniczona jej moc dopuszczaln Ptot zgodnie z zalenoci: P I z max = tot Uz Po przekroczeniu mocy Ptot moe nastpi uszkodzenie diody na skutek termicznego przebicia zcza p-n. Diody Zenera znajduj szerokie zastosowanie w ukadach stabilizacyjnych, ograniczajcych napicie itp. rz =

4.2.2 Pytania sprawdzajceOdpowiadajc na podane pytania, sprawdzisz, czy jeste przygotowany do wykonania wicze. 1. Jakie s rodzaje elementw elektronicznych czynnych? 2. Jakie s waciwoci zcza p-n? 3. Jakie s parametry poszczeglnych elementw? 4. Jakie funkcje speniaj poszczeglne elementy w ukadach elektronicznych? 5. Jak metod wyznaczysz parametry diod? 6. Jak dobierzesz przyrzdy pomiarowe do wyznaczania parametrw diod? 7. Jakie s zasady bezpieczestwa przy badaniu diod?

4.2.3 wiczeniawiczenie 1 Wyznacz charakterystyk prdowo-napiciow i parametry diody prostowniczej. Sposb wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie powiniene: 1) poczy ukad pomiarowy wedug schematu,


2) dobra przyrzdy pomiarowe, 3) wykona pomiary prdu i napicia w kierunku przewodzenia i zaporowym,Projekt wspfinansowany ze rodkw Europejskiego Funduszu Spoecznego

20

4) wyznaczy charakterystyk prdowo- napiciow, 5) wyznaczy parametry diody, 6) porwna parametry wyznaczone z katalogowymi.

Wyposaenie stanowiska pracy: zasilacz prdu staego, woltomierz i amperomierz prdu staego, zestaw diod prostowniczych, rezystor ograniczajcy (dekadowy), katalog elementw elektronicznych.

wiczenie 2 Wyznacz charakterystyk prdowo-napiciow i parametry diody stabilizacyjnej. Sposb wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie powiniene: 1) poczy ukad pomiarowy wedug schematu,


2) 3) 4) 5) 6)

dobra przyrzdy pomiarowe, wykona pomiary prdu i napicia w kierunku przewodzenia i zaporowym, wyznaczy charakterystyk prdowo-napiciow, wyznaczy parametry diody, porwna parametry wyznaczone z katalogowymi. Wyposaenie stanowiska pracy: zasilacz prdu staego, woltomierz i amperomierz prdu staego, zestaw diod prostowniczych, rezystor ograniczajcy (dekadowy), katalog elementw elektronicznych.


21

4.2.4 Sprawdzian postpwCzy potrafisz: 1) zdefiniowa parametry diody stabilizacyjnej? 2) zdefiniowa parametry diody prostowniczej? 3) zmierzy parametry diod? 4) wyznaczy charakterystyki diod? 5) skorzysta z kart katalogowych diod? 6) opracowa wyniki pomiarw? 7) zinterpretowa charakterystyki prdowo-napiciowe diod? 8) okreli zastosowanie diod? Tak Nie

4.3 Tranzystory i tyrystory4.3.1 Materia nauczaniaRodzaje elementw i ich waciwoci 1. Tranzystory 2. Tyrystory Tranzystory bipolarne s przyrzdami pprzewodnikowymi o dwch zczach p-n zbudowanym z trzech warstw pprzewodnikw domieszkowych wykazujcych kolejno przewodnictwa typu p-n-p lub n-p-n. S one uzyskane w monokrysztale pprzewodnika, najczciej krzemu (rys. 4.3.1). Tranzystory nale do grupy elementw elektronicznych o regulowanym (sterowanym) przepywie nonikw adunku elektrycznego. Tranzystory ze wzgldu na dziaanie dzielimy na: a) Bipolarne: tranzystory n - p - n, tranzystory p - n - p, b) polowe: zczowe, z izolowan bramk.


22

Rys. 4.3.1. Struktura polaryzacja elektrod i symbol graficzny tranzystora: typu p-n-p typu n-p-n [8]

Ukady pracy

Ukad wczenia WB wsplna baza

Ukad wczenia WC wsplny kolektor

Ukad wczenia WE wsplny emiterRys. 4.3.2. Ukady pracy tranzystora bipolarnego [8]


23

Parametry tranzystora 1. Wzmocnienie prdowe w ukadzie WE h21E , przy okrelonym prdzie kolektora i napiciu kolektor emiter.

h21e =

I C I B

(4.3.1)U CE =0

Wspczynnik jest bliski jednoci, zatem >>1. Typowe wartoci wspczynnika zawieraj si w granicach 20 900. 2. Napicie nasycenia UCEsat, przy okrelonym prdzie bazy Ib i prdzie kolektora IC. 3. Prd zerowy Ico, przy okrelonym napiciu kolektor baza UCB lub kolektor emiter UCE. 4. Czstotliwo graniczna fT. 5. Maksymalna moc wydzielana P. Klasyfikacj tranzystorw bipolarnych najczciej przeprowadza si ze wzgldu na: a) wydzielan moc: maej mocy do ok. 0,3 W, redniej mocy do 5W, duej mocy powyej 5W, nawet do 300W, b) maksymaln czstotliwo: maej czstotliwoci (m. cz.) do kilkudziesiciu MHz, wielkiej czstotliwoci (w. cz.) do kilku GHz.

Ib1 >Ib2Rys. 4.3.3. Przykadowe charakterystyki tranzystora w ukadzie WE [8]

Tyrystor Elementami przeczajcymi o strukturze wielowarstwowej s: dynistor, tyrystor, diak i triak. Tyrystor, nazywany take diod sterowan, jest krzemowym elementem pprzewodnikowym o strukturze czterowarstwowej p-n-p-n (rys. 4.3.4). Elektrody wyprowadzone od skrajnych warstw tworz odpowiednio anod (A) i katod (K). Elektroda wyprowadzona ze rodkowego obszaru typu p nazywa si bramk (B). Przy odczonej bramce (otwarty cznik W na rys. 1b) tyrystor nie przewodzi prdu nawet przy dodatniej polaryzacji anody wzgldem katody (tzn. do anody przyczony jest dodatni biegun rda napicia, a do katody ujemny).


24

Nieprzewodzenie tyrystora zwizane jest z zaporowym dziaaniem bariery potencjau, ktra znajduje si midzy obszarami n i p. Obszary n i p tworz zwyk diod pprzewodnikow. Dioda ta spolaryzowana jest zaporowo tzn. do obszaru n przyoony jest biegun +, za do obszaru p biegun -. Wytwarza si wic bariera potencjau, ktra zobrazowana jest na rys.1b jako z. Bariera ta nie dopuszcza do przepywu nonikw midzy anod i katod tyrystora, w obwodzie zewntrznym nie ma przepywu prdu. Wystarczy jednak wywoa krtki impuls prdu w obwodzie bramki, zamykajc na chwil cznik W, aby wprowadzi tyrystor w stan przewodzenia. Po wejciu tyrystora w stan przewodzenia bramka traci wasnoci sterownicze, a zatem otwarcie cznika w obwodzie bramki nie przerywa prdu anodowego. Wyczenie tyrystora mona spowodowa wyczeniem napicia anodowego, zmian jego polaryzacji lub zmniejszeniem prdu anodowego poniej pewnej wartoci krytycznej, zwanej prdem podtrzymania. Wprowadzenie tyrystora w stan przewodzenia impulsem prdu bramki nazywa si wyzwalaniem bramkowym.

Rys. 4.3.4. Tyrystor: a) symbol graficzny, b) struktura czterowarstwowa, c-d) schemat zastpczy [8]

Charakterystyka i parametry tyrystora A. Charakterystyki statyczne i parametry obwodu gwnego Obwodem gwnym tyrystora nazywamy obwd prdowy, w ktrym s wczone gwne elektrody tyrystora: anoda i katoda. W obwodzie tym pynie prd. Charakterystyka napiciowo-prdowa (gwna) tyrystora (rys. 4.3.5) ilustruje trzy omwione stany pracy przy polaryzacji przepustowej: stan blokowania, niestabilny stan przeczania, stabilny stan przewodzenia oraz stan zaporowy przy polaryzacji wstecznej. Jak wida tyrystor jest elementem nieliniowym o rezystancji dodatniej w stanach blokowania i przewodzenia oraz ujemnej w stanie przeczania.


25

Rys. 4.3.5. Charakterystyka napiciowo-prdowa obwodu gwnego tyrystora [8]

B. Parametry tyrystora Stan blokowania charakteryzuj wsprzdne UD, ID punktu szczytowego ( U D0 , I D0 bez

prdu bramki) odpowiadajcego przeczaniu, tj. napicie przeczania i prd przeczania. Prd przeczania odpowiadajcy przejciu ze stanu blokowania do stanu przewodzenia nosi nazw prdu wczenia IHS. Natomiast prd przeczania odpowiadajcy przejciu ze stanu przewodzenia do stanu blokowania nosi nazw prdu podtrzymania IH. Podstawowym parametrem charakteryzujcym stan przewodzenia jest najwikszy prd przewodzenia. Stan polaryzacji wstecznej tyrystora nazywa si stanem zaporowym (stan zaporowy przy polaryzacji wstecznej). W stanie tym pynie przez tyrystor niewielki prd wsteczny pod warunkiem nieprzekroczenia najwikszego szczytowego napicia wstecznego UBR.

4.3.2 Pytania sprawdzajceOdpowiadajc na podane pytania, sprawdzisz, czy jeste przygotowany do wykonania wicze. 1. Jakie s rodzaje tranzystorw? 2. Jakie s rodzaje tyrystorw? 3. Jakie s parametry tranzystorw? 4. Jakie s parametry tyrystorw? 5. Jakie s funkcje poszczeglnych elementw w ukadach elektronicznych? 6. Jak metod do wyznaczysz parametry i charakterystyki tranzystorw? 7. Jak metod do wyznaczysz parametry i charakterystyki tyrystorw? 8. Jak dobra przyrzdy pomiarowe do wyznaczania parametrw tranzystorw? 9. Jak dobra przyrzdy pomiarowe do wyznaczania parametrw tyrystorw?. 10. Jakie s zasady bezpieczestwa przy badaniu tranzystorw i tyrystorw?


26

4.3.3 wiczeniawiczenie 1 Wyznacz charakterystyki i parametry tranzystora bipolarnego.

Sposb wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie powiniene: 1) poczy ukad wedug schematu pomiarowego,

2) 3) 4) 5) 6) 7) 8)

dobra przyrzdy pomiarowe, wykona pomiary prdw i napi tranzystora, wyznaczy charakterystyki Ic = f(Uce) przy Ib = const, wyznaczy charakterystyki Ic = f(Ib) przy Uce = const, wyznaczy charakterystyki Ib = f(Ube) przy Uce = const, wyznaczy parametry tranzystora, porwna parametry wyznaczone z katalogowymi. Wyposaenie stanowiska pracy: zasilacze prdu staego, woltomierze i amperomierze prdu staego, rezystory ograniczajce, katalog lub karty katalogowe.

wiczenie 2 Wyznacz charakterystyki i parametry tyrystora.

Sposb wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie powiniene: 1) poczy ukad wedug schematu pomiarowego,


27

Rys. 4.3.6 Schemat ukadu pomiarowego [8]

2) dobra przyrzdy pomiarowe, 3) zanotowa parametry katalogowe tyrystora, 4) wyznaczy charakterystyki tyrystora IA = f (UAK ) przy IG= const w stanie blokowania i przewodzenia dla rnych prdw bramki, 5) wyznaczy parametry tyrystorw, 6) wyznaczy prd podtrzymania IH, 7) wyznaczy charakterystyk prdowo-napiciow bramki, 8) wyznaczy prd IGT i napicie przeczajce UGT bramki, 9) przeprowadzi analiz bdw.

Wyposaenie stanowiska pracy: zasilacze prdu staego, mierniki uniwersalne, obcienie obwodu gwnego (rezystor, arwka), rezystor regulowany, elementy badane (tyrystory), katalog lub karty katalogowe tyrystorw.

4.3.4 Sprawdzian postpwCzy potrafisz: 1) wymieni rodzaje tranzystorw? 2) wymieni rodzaje tyrystorw? 3) zdefiniowa parametry tranzystora? 4) zdefiniowa parametry tyrystora? 5) zmierzy parametry tranzystora i tyrystora? 6) wyznaczy charakterystyki tranzystora i tyrystora? 7) skorzysta z kart katalogowych? 8) opracowa wyniki pomiarw? 9) zinterpretowa charakterystyki prdowo-napiciowe? 10) okreli zastosowanie tranzystora i tyrystora? Tak Nie


28

4.4 Elementy optoelektroniczne4.4.1 Materia nauczaniaDo elementw optoelektronicznych zaliczamy: 1. Diody elektroluminescencyjne 2. Fotoogniwa 3. Fotorezystory 4. Fotodiody 5. Fototranzystory 6. TransoptoryDiody elektroluminescencyjne s diodami, ktre emituj promieniowanie widzialne lub podczerwone. Maj charakterystyki prdowo-napiciowe jak diody zwyke, lecz napicie progowe jest wysze i wynosi od okoo 1 do 1,8 V. Diody wykonane z arsenku galu (GaAs) emituj promieniowanie podczerwone, z arsenkufosforku galu, w zalenoci od iloci fosforu, wiato czerwone lub te. Diody elektroluminescencyjne nale do diod z rekombinacj bezporedni. W diodzie takiej spolaryzowanej w kierunku przewodzenia elektrony z pasma przewodnictwa przechodz do pasma walencyjnego. Energia elektronu jest oddawana w postaci wiata. Charakterystyki diod elektroluminescencyjnych przedstawiono na rys. 4.4.1.

Rys. 4.4.1. Charakterystyki diod elektroluminescencyjnych [8]

Fotoogniwa s najstarszym elementem optoelektronicznym wypartym nastpnie przez doskonalsze przyrzdy jak: fotorezystor, fotodioda i fototranzystor. Ogniwa maj zcze p-n wykonane z selenu lub krzemu. Energia wiata tworzy pary dziura-elektron. Jeeli para powstaje w obszarze p, dziura pozostaje na miejscu, a elektron przechodzi przez zcze. Jeeli dziura powstaje w obszarze n, elektron pozostaje na miejscu, a dziura przechodzi przez zcze. Warto wytworzonego prdu zaley od natenia owietlenia. Rys. 4.4.2 przedstawia model fotoogniwa.


29

Rys. 4.4.2. Model fotoogniwa [8]

Na rys. 4.4.3 przedstawiono charakterystyk fotoogniwa.

Rys. 4.4.3. Charakterystyka fotoogniwa [8]

Fotorezystory i fotodiody nale do grupy elementw pprzewodnikowych, ktre przeksztacaj energi wietln w energi elektryczn. W fotorezystorze pod wpywem dostarczonej energii wietlnej nastpuje tworzenie par dziura-elektron na skutek opuszczania pasma walencyjnego przez elektrony. Ma to cisy zwizek z rezystancj fotorezystora. Fotorezystor wczony w szereg z napiciem zasilajcym moe regulowa przepyw prdu w obwodzie. Fotorezystory wykonuje si z siarczku kadmu (CdS) i selenku kadmu (CdSe). Model fotorezystora przedstawia rys. 4.4.4. Fotodioda ze zczem p-n pracuje w kierunku zaporowym. Pod wpywem dostarczonej energii wietlnej w zczu tworz si pary dziura-elektron, stanowice prd mniejszociowy. W ciemnociach fotodioda pracuje jak zwyka dioda zczowa. Fotodioda ze zczem p-i-n ma midzy warstwami p oraz n warstw czystego pprzewodnika bez domieszkowania. Warstwa zmniejsza pojemno zcza i umoliwia stosowanie diod do pracy w ukadach wielkiej czstotliwoci. Model fotodiody przedstawia rys. 4.4.5.


30

Rys. 4.4.4. Model fotorezystora [8]

Rys. 4.4.5. Modele fotodiody a) p-n, b) p-i-n [8]


31

Na rys. 4.4.6 przedstawiono charakterystyki fotorezystora, a na rys. 4.4.7 charakterystyki fotodiody.

Rys. 4.4.6. Charakterystyki fotorezystora [8]

Rys. 4.4.7. Charakterystyki fotodiody [8]

Fototranzystory i transoptory Fototranzystor przeksztaca energi wietln w energi elektryczn. W czasie pracy fototranzystora spolaryzowane zaporowo zcze baza-kolektor jest owietlone, co ma wpyw na warto prdu wyjciowego. Baza tranzystora pozostaje nie podczona. Model fototranzystora przedstawia rys. 4.4.8. Dziury powstae w obszarze kolektora s przycigane do bazy i dalej do emitera powodujc przesyanie w kierunku kolektora elektronw z emitera. Elektrony te wsplnie z elektronami pochodzcymi z par dziura-elektron tworz prd kolektora. Charakterystyki fototranzystora w zalenoci od natenia owietlenia przedstawia rys. 4.4.9.


32

Rys. 4.4.8. Model fototranzystora [8]

E natenie owietleniaRys. 4.4.9. Charakterystyka tranzystora [8]

Transoptor (izolator optyczny, separator galwaniczny) to dioda elektroluminescencyjna i odbiornik fotoelektryczny (fotodioda lub fototranzystor) we wsplnej obudowie. Wejciowe sygnay elektryczne s doprowadzone do kocwek diody elektroluminescencyjnej. Sygna wyjciowy wystpuje na zaciskach fotodiody lub fototranzystora. Typowa warto rezystancji separujcej midzy rdem a odbiornikiem wynosi 1011 . Schemat transoptora przedstawia rys. 4.4.10, a jego waniejsze charakterystyki rys. 4.4.11.

Rys. 4.4.10. Schemat transoptora [8]


33

Przekadnia prdowa transoptora: k= Ip IF100%

Rys. 4.4.11. Charakterystyki transoptora [8]

4.4.2 Pytania sprawdzajceOdpowiadajc na podane pytania, sprawdzisz, czy jeste przygotowany do wykonania wicze. 1. Jakie znasz rodzaje elementw optoelektronicznych? 2. Jakie s parametry elementw optoelektronicznych? 3. Jakie funkcje speniaj poszczeglne elementy w ukadach elektronicznych? 4. Jak metod do wyznaczysz parametry i charakterystyki elementw optoelektronicznych? 5. Jakie przyrzdy pomiarowe dobierzesz do wyznaczania parametrw elementw optoelektronicznych? 6. Jakie s zasady bezpieczestwa przy badaniu elementw optoelektronicznych?

4.4.3 wiczeniawiczenie 1 Wyznacz charakterystyki i parametry elementw optoelektronicznych: a) diody LED, b) fotorezystora, c) fotodiody.

Sposb wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie powiniene: 1) zanotowa parametry katalogowe elementw, 2) poczy ukad wedug schematu ukadu pomiarowego,


34


3) 4) 5) 6)

wyznaczy charakterystyki I = f ( U ), I = f ( E ), wyznaczy parametry diody, zanalizowa przebiegi charakterystyk, poczy ukad wedug schematu ukadu pomiarowego,

Rys. 4.4.12. Schemat ukadu pomiarowego do wyznaczania charakterystyk statycznych fotorezystora [8]

7) wyznaczy charakterystyki I = f ( U ) przy E = const, 8) zanalizowa przebiegi charakterystyk, 9) poczy ukad wedug schematu ukadu pomiarowego.

Rys. 4.4.13. Schemat ukadu pomiarowego do wyznaczania charakterystyk dynamicznych fotorezystora [8]

10) opisa ksztat krzywych zaobserwowanych na ekranie oscyloskopu, 11) wyznaczy charakterystyki UF / UFmax = f ( f ), 12) zanalizowa przebieg charakterystyk, 13) poczy ukad wedug schematu ukadu pomiarowego,


35

Rys. 4.4.14. Schemat ukadu pomiarowego do wyznaczania charakterystyk fotodiody [8]

14) wyznaczy charakterystyki I = f (U) E = 0, E > 0, oraz I = f (E), 15) zanalizowa przebieg charakterystyk, 16) wyznaczy parametry, 17) dobra przyrzdy pomiarowe, 18) przeprowadzi analiz bdw.

Wyposaenie stanowiska pracy: zasilacz prdu staego, mierniki uniwersalne, oscyloskop dwukanaowy, rezystory, miernik natenia owietlenia, elementy badane, katalog lub karty katalogowe elementw optoelektronicznych.

4.4.4. Sprawdzian postpwCzy potrafisz: Tak Nie

sklasyfikowa elementy optoelektroniczne? zdefiniowa parametry elementw optoelektronicznych? objani dziaanie elementw? dobra metody pomiarowe do badania elementw optoelektronicznych? 5) wyznaczy parametry, charakterystyki elementw optoelektronicznych? 6) zinterpretowa charakterystyki elementw optoelektronicznych? 7) posuy si kartami katalogowymi elementw optoelektronicznych? 8) opracowa wyniki pomiarw? 9) zastosowa przyrzdy pomiarowe podczas pomiarw elementw elektronicznych? 10) okreli zastosowanie elementw optoelektronicznych?

1) 2) 3) 4)


36

4.5 Zasady montau i demontau elementw elektronicznych4.5.1 Materia nauczaniaMonta i demonta elementw A. Zalecenia dotyczce wykorzystania elementw pprzewodnikowych. Przy doborze elementw elektronicznych do projektowanych ukadw nie naley przekracza dopuszczalnych parametrw elektrycznych, klimatycznych i mechanicznych dla danego elementu pprzewodnikowego. Podczas montowania elementw pprzewodnikowych naley przestrzega nastpujcych zalece: 1. Elementy maej mocy wlutowywane do pytki drukowanej majcej w miejscu lutowania powierzchni folii miedzianej mniejsz od 0,2 cm2 powinny mie maksymaln dugo wyprowadze. 2. Powierzchnie styku obudowy elementu pprzewodnikowego i radiatora powinny by maksymalnie gadkie i czyste. 3. W celu minimalizacji rezystancji termicznej styku obudowa radiator naley zwrci uwag, aby: sia dociskajca element radiatora miaa wymagan w danych katalogowych warto, pasta zastosowana w miejscu styku radiatora z elementem pprzewodnikowym miaa du przewodno ciepln, w miejscu styku z elementem pprzewodnikowym radiatory nie miay czernionej powierzchni, monta przeprowadza bezporednio po wypolerowaniu, oczyszczeniu i przemyciu alkoholem lub acetonem aluminiowej powierzchni styku radiatora. 4. Podczas montownia elementu po woeniu wyprowadze do otworw w pytce drukowanej zaleca si wygicie wyprowadze o kt okoo 300 w celu zabezpieczenia przed przesuniciem si elementu podczas lutowania.

Rys. 4.5.1. Przykadowe sposoby montau radiatora [1]


37

5. Podczas lutowania wyprowadze elementw nie naley stosowa innych warunkw ni podane w katalogach dla danego wyrobu. Typowe warunki dotyczce lutowania podano w tabeli 4.5.1.Tabela 4.5.1.

[1] Element Temperatur a lutowania[ C] 260 300 300 235 245 260 300 Czas[s]

Tranzystory w obudowie TO-3 Elementy w obudowie TO-5 Elementy w obudowie TO-18 Diody wiecce Wskaniki cyfrowe Ukady scalone w obudowie plastykowej dwu- i czterorzdowej Ukady scalone w obudowie metalowej wielonkowej

10 7 3 3 3 10 4

W celu zapewnienia prawidowej pracy ukadu scalonego naley pamita, aby: cieki przewodzce i zasilania na pytkach byy moliwie szerokie, co spowoduje zmniejszenie rezystancji i indukcyjnoci doprowadze, cieki poczeniowe poszczeglnych stopni ukadu byy moliwie krtkie, w celu ograniczenia szkodliwych sprze, napicia zasilania dla kadych 5..10 ukadw byy blokowane kondensatorem bezindukcyjnym o pojemnoci 10..100nF. W przypadku stosowania tranzystorw i ukadw scalonych MOS naley przestrzega nastpujcych zalece: elementy powinny by przechowywane w oryginalnych opakowaniach fabrycznych do czasu ich wykorzystania, do wyprowadze elementw MOS mona dotyka jedynie p uziemieniu wszystkich narzdzi, przyrzdw, stou monterskiego, lutownicy oraz rki operatora, tranzystory i ukady scalone nie mog dotyka materiaw, na ktrych moe gromadzi si adunek elektrostatyczny, po rozpakowaniu w/w elementw naley poczy ze sob wszystkie wyprowadzenia dobrym przewodnikiem prdu elektrycznego (na przykad foli aluminiow), elementy naley wlutowa do pytki jako ostatnie, to znaczy, gdy w ukadzie s ju wszystkie elementy czynne i bierne. Nie zaleca si czenia rwnolegego lub szeregowego elementw pprzewodnikowych. Jednak w przypadku zaistnienia koniecznoci czenia rwnolegego diod i tyrystorw duej mocy naley: mocowa elementy na wsplnym radiatorze, dobra dla wszystkich elementw rozrzut napicia przewodzenia przy maksymalnym prdzie tak, aby by mniejszy od 50 mV. Dla elementw nie speniajcych tego warunku stosowa elementy wyrwnawcze, na przykad rezystory, dawiki, zapewni, aby maksymalny prd pyncy przez wszystkie diody czy tyrystory poczone rwnolegle by mniejszy od sumy granicznych prdw pojedynczych elementw.


38

Przy czeniu szeregowym diod i tyrystorw niezbdne jest, aby: wszystkie elementy miay zblione wartoci napi przebicia, warto maksymalna napicia przyoonego do szeregowo poczonych elementw bya mniejsza od sumy dopuszczalnych napi dla kadego elementu, rwnolegle do diod i tyrystorw zastosowa ukady wyrwnujce napicie (na przykad rezystory lub kondensatory). Jeeli wykorzystywane s elementy duej mocy, to naley stosowa skuteczne zabezpieczenie prdowe (na przykad szybko dziaajce bezpieczniki topikowe) ora stosowa zabezpieczenie przepiciowe poprzez wczenie obwodw tumicych (na przykad szeregowo poczone elementy RC doczone rwnolegle do elementu zabezpieczajcego).Oznaczenia elementw 1. Rezystory

Stosuje si: literowo-cyfrowy: warto 81 oznacza si cyfr 81 warto 22 000 oznacza si 22k warto 1 000 000 oznacza si 1M przy pomocy kodu barwnego rys. 4.5.2.

Kolor znaku Srebrny Zoty Czarny Brzowy Czerwony Pomaraczowy ty Zielony Niebieski Fioletowy Szary Biay

Pierwszy pasek Pierwsza cyfra 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Drugi pasek Druga cyfra 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Trzeci pasek Mnonik 10-2 10-1 1 10 102 103 104 105 106 -

Czwarty pasek Tolerancja % 10 5 1 2 -

Rys. 4.5.2. Oznaczenia barwne rezystorw [1]


39

2. Kondensatory Przy oznaczaniu kondensatorw stosuje si: oznaczenie literowe, oznaczenie cyfrowe (tab. 4.5.2), kod barwny (dotyczy kondensatorw ceramicznych tabela 4.5.3).Tabela 4.5.2. [1]Kod na kondensatorze Pojemno kondensatora

3,3 33 151 471 102 152 472 103 153 223 473104

3,3pF 33pF 150pF 470pF 1nF 1,5nF4,7nF

10nF 15nF 22nF 47nF 100nF

Pojemno znamionowa w kodzie literowym w oznaczeniu rodzimym przedstawia si nastpujco: litery p, n, i m zastpuj mnoniki oraz przecinki midzy cyframi. Na przykad: oznaczenie p15 oznacza kondensator 0,15 pF, 150p 150 pF. W oznaczeniach zachodnich stosuje si nastpujco regu (podobn do tej z kodowania wartoci rezystancji w kodzie MIL): dwie pierwsze cyfry s cyframi znaczcymi, a trzecia oznacza liczb zer wystpujc po tych dwch pierwszych cyfrach. Warto jest podawana w pF. I tak na przykad: 470 oznacza kondensator 47pF, 822 8200 =

8,2nF.Cechowanie kondensatorw ceramicznych Tabela 4.5.3. Cechowanie kodowe kondensatorw ceramicznych [1] Umowna barwa Wspczynnik Cyfry Cyfry Mnonik Tolerancja punktu kropki temperaturowy znaczce znaczce C10pF lub paska [ppm/K] (1) (2) Srebrny 0,01 10% Zoty 0,1 5% Czarny 0 0 1 Brzowy - 33 1 1 10 Czerwony 2 pF - 75 2 2 100 2% Pomaraczowy - 150 3 3 1 000 ty - 220 4 4 Zielony - 330 5 5 Niebieski - 470 6 6 0,25 pF Fioletowy - 750 7 7 Szary 8 8 Biay + 33 9 9 1 pF Brak paska - 47 0,5 pF 20% Ciemnoniebieski + 100 -


40

Rys.4.5.3 Cechowanie kondensatorw [1]

Cechowanie kondensatorw ceramicznych przedstawia rys. 4.5.3. Kolory odnoszce si do paskw umieszczone zostay w tabeli 4.5.3. 1 oznaczenie TWP ( tabela 4.5.4), 2, 3, 4 oznaczenie pojemnoci znamionowej, 5 oznaczenie tolerancji, 6 oznaczenie napicia znamionowego.Tabela 4.5.4. Temperaturowy wspczynnik pojemnoci w kodzie literowym [1] Barwa punktu lub Zakres Kolor emalii pokrycia paska na temperaturowego Kod kondensatora jednobarwnym wspczynnika pokryciu pojemnoci kondensatora + 100 A Granatowy Ciemnoniebieski + 33 B Jasnoszary Rowy 0 C Czarny Czarny - 33 H Jasnobrzowy Brzowy - 47 N Niebieski Brak - 75 L Ciemnobrzowy Czerwony - 150 P Pomaraczowy Pomaraczowy - 220 R ty ty Zielony punkt na pokryciu - 330 S Zielony jasnoszarym - 470 T Biay Niebieski - 750 U Czerwony Fioletowy


41

4.5.2 Pytania sprawdzajceOdpowiadajc na podane pytania, sprawdzisz, czy jeste przygotowany do wykonania wicze. 1. Jakie s rodzaje rezystorw? 2. Jakie s ich parametry? 3. W jaki sposb oznacza si rezystory? 4. Jakie s rodzaje kondensatorw? 5. Jakie s ich parametry? 6. Jakie s sposoby oznaczania kondensatorw 7. W jaki sposb oznacza si elementy pprzewodnikowe? 8. Jakie s symbole elementw biernych i czynnych? 9. W jaki sposb montuje si radiator? 10. Jakie procedury wystpuj przy montau elementw pprzewodnikowych? 11. Jakie procedury wystpuj przy lutowaniu elementw pprzewodnikowych?

4.5.3 wiczeniawiczenie 1 Rozpoznaj elementy elektroniczne i okrel ich parametry.

Sposb wykonania wiczenia 1) 2) 3) 4) 5)

Aby wykona wiczenie powiniene: zidentyfikowa elementy elektroniczne na podstawie wygldu, pobra elementy z magazynu wedug wykazu elementw, okreli ich parametry na podstawie oznacze, skorzysta z katalogu lub karty katalogowej, okreli parametry na podstawie katalogu. Wyposaenie stanowiska pracy: magazyn elementw biernych i czynnych, wykaz elementw do pobrania, katalog lub karty katalogowe elementw, oznaczenia barwne rezystorw i kondensatorw.

wiczenie 2 Rozpoznaj elementy elektroniczne na schemacie ukadu elektronicznego.

Sposb wykonania wiczenia 1) 2) 3) 4) 5) 6) Aby wykona wiczenie powiniene: zna symbole elementw elektronicznych czynnych i biernych, zidentyfikowa elementy elektroniczne na podstawie schematu elektronicznego, okreli ich parametry na podstawie oznacze, skorzysta z katalogu lub karty katalogowej, okreli parametry na podstawie katalogu, przyporzdkowa elementy pobrane z magazynu z elementami na schemacie.


42

Wyposaenie stanowiska pracy: magazyn elementw biernych i czynnych, katalog elementw, schematy ideowe rnych ukadw elektronicznych.wiczenie 3 Okrel i zinterpretuj parametry elementw czynnych na podstawie ich charakterystyki.

Sposb wykonania wiczenia 1) 2) 3) 4) 5) Aby wykona wiczenie powiniene: zna charakterystyki diody prostowniczej, Zenera, tranzystora bipolarnego i tyrystora, zdefiniowa ich parametry, okreli parametry na podstawie katalogu, zidentyfikowa na podstawie charakterystyki parametry elementw, na przykad napicie blokowania tyrystora, max prd diody Zenera, maksymalne napicie wsteczne diody prostowniczej, zinterpretowa, co wynika z zidentyfikowanych parametrw.

Wyposaenie stanowiska pracy: charakterystyki elementw czynnych, katalog elementw czynnych.wiczenie 4 Wykonaj monta i demonta elementw elektronicznych.

Sposb wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie powiniene: 1) zapozna si ze schematem ideowym ukadu elektronicznego (rys. 4.5.4), 2) zapozna si ze schematem montaowym ukadu elektronicznego,C2 D1...D4 + C1 P1

14 MAA 723

-15V

R1

T1 8D5

Rsc

T2

+ C3

+ Uwyj

(-)

Rys. 4.5.4. Schemat ideowy i montaowy [1]


43

3) zidentyfikowa i pobra elementy wedug wykazu (rys.4.5.5.), 4) pobra narzdzia i przyrzdy pomiarowe, 5) woy elementy w otwory pytki drukowanej, 6) uformowa wyprowadzenia, 7) polutowa elementy zgodnie z procedur lutowania, 8) poobcina wystajce kocwki, 9) sprawdzi poprawno montau. A. Rezystory: B. Kondensatory: R1 = 150 Rsc = 1,8/5W P1 = 10k C. Pprzewodniki: T1 = BC547B T2 = BD911 D1,D2,D3,D4 = 1N4007 D5 = 1N4148 C1 = 1000F/25 C2 = 150pF/KCP C3 = 22 F/25 D. Ukady scalone: US1 = UA723CN E. Inne : Z1,Z2 = listwa czeniowa do druku DIP = podstawka 3 przewody dwuyowe (0,5 mm)Rys. 4.5.5.Wykaz elementw

10) usun bdy w montau, 11) sprawdzi dziaanie ukadu. 12) Wykona demonta wykonanego ukadu elektronicznego.

Wyposaenie stanowiska pracy: schemat ideowy ukadu elektronicznego, schemat montaowy ukadu elektronicznego, elementy elektroniczne, narzdzia do montau i lutowania, przyrzdy pomiarowe.

4.5.4 Sprawdzian postpwCzy potrafisz: 1) zdefiniowa parametry elementw biernych i czynnych? 2) odczyta warto rezystancji za pomoc kodu barwnego? 3) odczyta warto pojemnoci za pomoc kodu barwnego? 4) zidentyfikowa podstawowe elementy czynne i bierne? 5) okreli parametry elementw czynnych i biernych na podstawie katalogu? 6) oceni stan techniczny elementw na podstawie ogldzin i pomiarw? 7) dobra zamienniki elementw elektronicznych z katalogu? 8) montowa elementy na pytce drukowanej? 9) lutowa elementy z zachowaniem zasad bezpieczestwa? 10) Demontowa elektroniczne z zachowaniem zasad bhp? Tak Nie


44

5

SPRAWDZIAN OSIGNI

Test sumatywny pisemno-praktyczny Jednostka moduowa Dobieranie i sprawdzanie elementw elektronicznych INSTRUKCJA DLA UCZNIAPrzystpujesz do wykonania zadania sprawdzajcego, w jakim stopniu opanowae wiadomoci i jakie posiadasz umiejtnoci z jednostki moduowej Dobieranie i sprawdzanie elementw elektronicznych. Wynik tego testu pozwoli ci stwierdzi, jakie jeszcze masz braki w danej dziedzinie, czyli nad czym jeszcze musisz popracowa. Przystpujc do rozwizania podanego zadania: 1. Przeczytaj uwanie instrukcj masz na t czynno 5 minut, jeeli s wtpliwoci zapytaj nauczyciela. 2. Zapoznaj si z zestawem zada testowych. 3. Na rozwizanie zada masz 90 minut. 4. W czasie rozwizywania zada moesz korzysta z katalogw. 5. Test zawiera 12 zada. Zadania od nr 1 do 7 wykonujesz wedug podanej kolejnoci. 6. Jeli nie potrafiby wykona zada od 8 do 10 przejd do rozwizania zadania 11. 7. Przeliczenie punktw na ocen szkoln przedstawi nauczyciel po zakoczeniu testu.


45

Zestaw zada testowych1. Podaj definicje parametrw tyrystora: napicie przeczajce bramki, prd podtrzymania, maksymalne napicie wsteczne tyrystora. 2. Dobierz przyrzdy pomiarowe do ukadu pomiarowego. 3. Pocz ukad do pomiaru parametrw tyrystora. 4. Zmierz wielkoci potrzebne do wyznaczenia tych parametrw. 5. Narysuj charakterystyki prdowo-napiciowe tyrystora. 6. Wyznacz parametry tyrystora. (1 punkt) (1 punkt)

(1 punkt) (2 punkty) (2 punkty) (2 punkty) (2 punkty)

7. Porwnaj uzyskane praktycznie parametry z parametrami katalogowymi. 8. Zinterpretuj przebieg charakterystyk. (2 punkty)

9. Zmodyfikuj ukad w celu uzyskania mniejszego napicia przeczajcego. 10. Sprawd poprawno modyfikacji. (1 punkt)

(2 punkty)

11. Zanalizuj prac ukadu na podstawie uzyskanych wynikw pomiarw. (2 punkty) 12. Na podstawie wykonanych pomiarw i oblicze sporzd sprawozdanie. (2 punkty)


46

Test pisemny jednostopniowy do bada sumujcych z zakresu Dobieranie i sprawdzanie elementw elektronicznych INSTRUKCJA DLA UCZNIA1. Przeczytaj uwanie instrukcj masz na t czynno 5 minut, jeeli s wtpliwoci zapytaj nauczyciela. 2. Zapoznaj si z zestawem zada testowych. 3. Na rozwizanie zada masz 45 minut. 4. W czasie rozwizywania zada moesz korzysta z kalkulatora. 5. Zaznacz poprawn odpowied zaczerniajc waciwe pole w karcie odpowiedzi. 6. W przypadku pomyki we bdn odpowied w kko i zaznacz waciw. 7. W kadym zadaniu jest tylko jedna poprawna odpowied, za ktr otrzymujesz 1 punkt. 8. Po zakoczeniu testu podnie rk i zaczekaj a nauczyciel odbierze od Ciebie prac.

Materiay dla ucznia:

instrukcja, zestaw zada testowych, karta odpowiedzi, kalkulator. Powodzenia!


47

Zestaw zada testowych1. Ktry z podanych symboli elementw przedstawia fotodiod:

2. Parametry diody prostowniczej to: a) URm, IF, b) I, Uz, c) IF, I, d) URm, Iz. 3. Struktur czterowarstwow ma element: a) dioda, b) tranzystor, c) termistor, d) tyrystor. 4. Maksymalny prd pyncy przez rezystor o rezystancji R = 100 i mocy P = 1W wynosi: a) 10 mA, b) 100mA, c) 1000mA, d) 1mA. 5. Rezystor oznaczono kodem barwnym: brzowy, czarny, czerwony, srebrny. Jak warto ma rezystor? a) 1k 10%, b) 47k 10%, c) 100k 10%, d) 1M 5%. 6. Jaki kod barwny bdzie mia rezystor o rezystancji R=470k 5%? a) ty, pomaraczowy, fioletowy, zoty, b) ty, pomaraczowy, fioletowy, srebrny, c) ty, czerwony, fioletowy, zoty, d) ty, fioletowy, ty, zoty. 7. Pojemno zastpcza dwch kondensatorw C1=10F i C2=100F wynosi: a) 9F, b) 110F, c) 20F, d) 55F.


48

8. Z katalogu odczytano parametry diody Zenera: Pz=250mW, Uz=10V. Maksymalny prd pyncy przez diod wynosi: a) 2,5mA, b) 25mA, c) 250mA, d) 100mA. 9. W ukadzie jak na rys.1 warto rezystancji ograniczajcej wynosi: a) 225, b) 125 , c) 425, d) 635.Rys. 1

10. Z katalogu odczytano parametry diody prostowniczej BYP401/100 Imax=1A, UR=100. Ile powinna wynie warto rezystancji R w ukadzie jak na rys. 2? a) b) c) d) 10k, 10, 100, 1k. Rys. 2 11. O jakiej mocy rezystor naley zastosowa w ukadzie jak na rysunku 2? a) 100W, b) 1000W, c) 10W, d) 1W. 12. Tyrystor mona wyczy przez: a) obnienie do zera prdu bramki, b) zwikszenie prdu bramki, c) obnienie do zera prdu wczajcego, d) obnienie do zera napicia anodowego. 13. Oblicz warto prdu I w obwodzie jak na rys. 3 Dane: Uwe=20V, R=50, Ro=100, Pz =1W, Uz =10V: a) b) c) d) 1A, 0,1 A, 10mA, 0,2A.Rys. 3

14. W ukadzie jak na rys. 3 obliczy


49

dopuszczalny zakres zmian rezystancji Ro Uwe = 40 V, R = 50 , Pz = 3 W, Uz = 20 V, Izmin = 5 mA: a) (59 109) , b) (19 79) , c) (39 49) , d) (209 309) . 15. W ukadzie jak na rys. 3 napicie wejciowe zmienia si w granicach od 20V do 40V. Wartoci pozostaych elementw: Uz =10V, Izmin =5mA, Ro = 100, R =200. Dobierz moc diody Zenera w ukadzie: a) 1W, b) 6W, c) 10W, d) 4W. 16. Ktra z podanych definicji h21E tranzystora jest prawdziwa: Uc h21E = Ic , a) Ic h21E = I B , b) c)h21E = Ic Uc , = Ic * Uc .

d) h21E 17. Ile wynosi warto wspczynnika jeli wynosi 100? a) 0,994, b) 0,985, c) 0,972, d) 0,990. 18. Rysunek 4 przedstawia charakterystyk pewnego elementu. Okrel, ktrego elementu jest to charakterystyka: a) b) c) d) diody, tranzystora, tyrystora, fotoogniwa.

Rys.4

19. Ktry z ukadw ma poprawn polaryzacj?Projekt wspfinansowany ze rodkw Europejskiego Funduszu Spoecznego

50

20. Na podstawie charakterystyki parametry punktu pracy wynosz: P (Ic, Uce, Ib): a) b) c) d) 2mA, 10V, 10A, 2,5mA, 5V, 10A, 2,5mA, 7,5V, 10A, 3mA, 5V, 5 A.


51

KARTA ODPOWIEDZIImi i nazwisko

Dobieranie i sprawdzanie elementwZaczernij prostokt poprawn odpowied Nr zadania 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Odpowied Punkty

a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a

b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b

c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c

d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d Razem:


52

6. LITERATURA1. Borczyski J., Dumin P., Mliczewski A.: Podzespoy elektroniczne poradnik. WK, 1990 2. Chwaleba A., Moeschke B., Pilawski M: Pracownia elektroniczna. WSiP, Warszawa, 1996 3. Chwaleba A., Moeschke B., Poszajski G.: Elektronika. WSiP, Warszawa, 1996 4. Fabijaski P., Pytlak A., witek H.: Pracownia ukadw energoelektronicznych. WSiP, Warszawa 2000 5. Gocki W.: Ukady cyfrowe. WSiP, Warszawa, 1996 6. Grabowski L.: Pracownia elektroniczna. WSiP, Warszawa, 1997 7. Parchaski J.: Miernictwo elektroniczne. WSiP, Warszawa, 1998 8. Piro B., Piro M.: Podstawy elektroniki. WSiP, Warszawa, 1997 9. Sasal W.: Ukady scalone serii UCY74LS/UCY74S. WKi, Warszawa 1993 10. TME, Katalog 2005 tom1 Electronic Components 2005


53

poradnik małego elektronika

Documents