Predavanja_01 Elektronske komponente

Elektronske komponente - Syllabus

Elektronske komponente i tampane ploe1.

Otpornici stalne otpornosti2.

Otpornici promenljive otpornosti. Nelinearni otpornici3.

Kondenzatori4.

Kalemovi5.

Transformatori6.

Prekidai i osigurai7.

Poluprovodnici8.

pn spoj9.

Bipolarni tranzistor11.

MOS tranzistor13.

Diode10.

Osnovne primene bipolarnog tranzistora12.

Osnovne primene MOS tranzistora14.

Praktini aspekti primene elektronskih komponenata15.

Insert your title here!

Company name/AuthorUniverzitet u Niu, Elektronski fakultet u Niu

Elektronske komponente(Osnovne akademske studije, II semestar, 6 ESPB)

Elektronske komponentetampane ploce

Elektronske komponenteElektronske komponente i tampane ploce

Z. Prijic, D. Mancic

Univerzitet u NiuElektronski fakultet u Niu

Predavanja 2015.

Z. Prijic Elektronske komponente


Sadraj

1 Elektronske komponente

2 tampane ploce



Deo 1

Elektronske komponente



Elektronske komponenteDefinicija i podela

Elektronske komponente predstavljaju naprave koje na odredeninacin formiraju ili uticu na elektrostaticko polje, elektromagnetnopolje i raspodelu naelektrisanja, odnosno protok elektrona u elek-tricnim i elektronskim kolima.

Prema mogucnosti da kontroliu elektricni signal mogu se pode-liti na pasivne i aktivne. Pasivne komponente se uobicajeno de-finiu kao komponente koje ne mogu da pojacavaju snagu elek-tricnog signala. Nasuprot njima, aktivne komponente mogu dapojacavaju snagu elektricnog signala.

Formalno gledano, elektricno kolo (electric circuit) koje sadrinajmanje jednu aktivnu komponentu naziva se elektronsko kolo(electronic circuit). Prakticno, terminologija nije jedinstvena, paje cece u upotrebi termin elektronsko kolo.



Elektronske komponentePodela

Elektronske komponente

Pasivne

Aktivne

Otpornici

Kalemovi

Kondenzatori

Prekidai i osiguraiTransformatori

Diode

Bipolarni tranzistori

MOS tranzistori

Konektori

JFET tranzistori




Prema broju komponenata u kucitu:

diskretne komponente u jednom kucitu se nalazi samojedna komponenta.

integrisana kola u jednom kucitu se nalazi vie kompo-nenata, povezanih u funkcionalnu celinu.

Integrisana kola se dele na:

debeloslojna i tankoslojna (sadre iskljucivo pasivne kompo-nente u obliku slojeva na jednom komadu materijala sup-stratu)

monolitna (sadre i aktivne i pasivne komponente u oblikustruktura u jednom komadu materijala supstratu)hibridna (sadre i aktivne i pasivne komponete sa razlicitimsupstratima)



Elektronske komponenteKucita

Svrha kucita je fizickohemijska zatita komponente, kao i ostva-rivanje elektricnog kontakta sa ostalim delovima kola. Postoji ve-liki broj tipova kucita, od kojih su neka definisana odgovaraju-cim standardima, a neka specificiraju sami proizvodaci. Zatvara-nje komponente u kucite naziva se enkapsulacija i ona obezbe-duje zatitu od uticaja spoljanje sredine, pre svega zatitu od me-hanickih otecenja, vlage i saliniteta. Na kucitima se takode na-laze i otvori ili ljebovi za pricvrcivanje odgovarajucih hladnjaka.Ako su kucita dovoljnih dimezija, na njima se nalaze oznake tipakomponente i proizvodaca.

Ista komponenta se moe naci u vie razlicitih tipova kucita!




Elektronske komponente se tipicno montiraju na tampane ploce,kao i na panele uredaja. Panel predstavlja deo stranice kucitauredaja1.

Prema nacinu montae kucita na tampanu plocu, komponentese dele na:

komponente sa izvodima (Through Hole TH)

komponente za povrinsku montau (Surface Mounting De-vices SMD)

Komponente koje se montiraju na panele nazivaju se Panel Mo-unted Devices.

1Ne kucita komponente.Z. Prijic Elektronske komponente


Elektronske komponenteTehnicke specifikacije

Tehnicke specifikacije (Datasheet) predstavljaju skup podatakakoji karakteriu komponentu, pre svega sa stanovita primene uelektronskim kolima, a ne materijala i konstrukcije. Podaci segeneralno mogu podeliti u tri grupe:

numericki parametri

parametarski dijagrami

mehanicki podaciNumericki parametri se prikazuju u tabelarnom obliku i obuhvataju:granicne radne uslove (Absolute Maximum Ratings), termicke karakte-ristike (Thermal Characteristics) i tipicne vrednosti elektricnih karak-teristika (Electrical Characteristics). Parametarski dijagrami predsta-vljaju skup dijagrama koji opisuju promene karakteristika komponente,a u zavisnosti od radnih uslova. Mehanicki podaci obuhvataju opis idimenzije kucita komponente, kao i zbirnih pakovanja u kojima se is-porucuju.



Deo 2

tampane ploce

(Informativno)



tampane ploceDefinicija

tampana ploca (Printed Circuit Board PCB) predstavlja objekatod izolacionog materijala, na cijim se povrinama nalaze elek-tricni kontakti za elektronske komponente, kao i veze izmedunjih, koje su od provodnog materijala.

kontakti

veze



tampane plocePoprecni presek

Cu

Cu

FR4

FR4 je fiberglas ocvrsnut epoksidnom smolom. Elektricni je izo-lator i nije lako zapaljiv. Najcece se koristi FR4 debljine 1,6 mm.Debljina bakra je najcece 35m. Linije veza i elektricni kontaktise definiu na slojevima bakra, selektivnim nagrizanjem (bakarse zatiti na mestima gde treba da budu linije veza i elektricnikontakti, a ostatak se ukloni hemijskim putem).



tampane plocePodela

Prema broju slojeva na kojima se nalaze elektricne veze:jednoslojne

jednostrane: elektricne veze samo sa jedne stranedvostrane: elektricne veze sa obe strane

vieslojne (sastoje se od vie jednoslojnih ploca, koje su me-dusobno elektricno izolovane i jedna preko druge slepljenepod pritiskom na odgovarajucoj temperaturi)

Prema vrsti izolacionog materijala:cvrste (rigid)

fiberglasteflon. . .

savitljive (flexy)



tampane ploceVeze izmedu slojeva

Veze izmedu slojeva realizuju se buenjem rupa i oblaganjem nji-hove unutranjosti bakrom. Veza izmedu dva susedna sloja bakranaziva se via.



tampane ploceElektricni kontakti

solder

Elektricni kontakti su od legura visokoprovodnih materijala kojese nanose preko bakra (solder). Linije veza se prekrivaju slojempolimera koji je tipicno zelene, a moe biti i neke druge boje.Polimer titi linije veza od oksidacije.



tampane ploceOznake

Oznacavanje se vri sitotampom.Z. Prijic Elektronske komponente


tampane ploceUmetanje komponenata

Komponente sa izvodima (levo) i komponente za povrinsku mon-tau (desno) se umecu na tampanu plocu, a zatim se vri njihovolemljenje. Umetanje se vri automatski, specijalizovanim mai-nama. Lemljenje moe biti talasno (wave soldering) ili razliva-njem (reflow soldering).



tampane ploce

Integrisana kola u kucitima sa izvodima (prvo s leva) i SMD ku-citima pre montae na tampanu plocu. Integrisana kola u kuci-tima sa izvodima mogu se montirati i u odgovarajuca podnoja,tako da se po potrebi mogu zameniti bez razlemljivanja.



tampane plocetampana ploca spremna za ugradnju



tampane plocePrednosti SMD komponenata

U odnosu na komponente sa izvodima, SMD komponente imajusledece prednosti:

zauzimaju manje mesta na tampanoj ploci, jer su manjihdimenzija;

pouzdanost im je veca, jer nemaju izvode koji su podlonimehanickim naprezanjima;

uticaj parazitnih komponenata2 je manji, takode zbog nepo-stojanja izvoda;

brzina montae na tampanu plocu je veca, pa su vreme itrokovi proizvodnje manji;

Medutim, iz tehnolokih i konstrukcionih razloga, ne postoje svekomponente u obe varijante.

2Parazitna komponenta je nusproizvod koji neizbeno nastaje kao posle-dica konstrukcije regularne komponente.


Uvodne napomeneOtpornici stalne otpornosti

Otpornici promenljive otpornostiNelinearni otpornici

Elektronske komponenteOtpornici



Predavanja 2015.




Sadraj

1 Uvodne napomeneJednosmerni signaliNaizmenicni signali

2 Otpornici stalne otpornosti

3 Otpornici promenljive otpornostiPotenciometriTrimeri

4 Nelinearni otporniciNTC otporniciPTC otporniciVaristoriFotootpornici




Jednosmerni signaliNaizmenicni signali

Deo 1

Uvodne napomene





Sadraj









Jednosmerni signaliDC - Direct Current

Jednosmerni elektricni signal ne menja svoj intenzitet (ampli-tudu) u vremenu.

Elektricni simboli za izvore jednosmernog napona:





Jednosmerni signaliJednosmerni napon amplitude U = 1 V

amplituda signala

vreme

ekran

osciloskopa





Jednosmerni signaliJednosmerni napon amplitude U = 1V





Sadraj









Naizmenicni signaliAC - Alternating Current

Naizmenicni elektricni signal menja svoj intenzitet (amplitudu)u vremenu, oko neke referentne vrednosti.

Elektricni simbol za izvor naizmenicnog napona:

Naizmenicni signal se karakterie periodom T, odnosno ucesta-

nocu f =1

T. Smatra se da je signal prostoperiodicna funkcija

(sin ili cos), koja se ponavlja u vremenu.





Naizmenicni signaliNaizmenicni napon amplitude Up = 0,5V i ucestanosti f = 1kHz





Naizmenicni signaliVrna i efektivna vrednost

Maksimalna vrednost amplitude naizmenicnog signala naziva sevrna vrednost (peak value) Up. Ukupna promena amplitude pred-stavlja razliku izmedu dve vrne vrednosti (peak-to-peak) Upp.Definie se jo i efektivna vrednost1 (root mean square) Ueff Urms.

Za signal oblika sinusa je Ueff =Upp

2.

Iz prakticnih razloga se za opis naizmenicnih signala koristi uga-ona ucestanost (angular frequency) = 2pif .

u(t) = Up sin(t)

1Videti predavanja iz predmeta Elektrotehnika II, kao i predavanja o kon-denzatorima.





Naizmenicni signaliSuperpozicija signala

Za jednosmerne i naizmenicne signale vai princip superpozicije.

DC signal koji je superponiran na AC signal naziva se ofset (offset).





Naizmenicni signaliNaizmenicni napon amplitude Up = 0,5V i ucestanosti f = 1kHz sa ofsetom U = 1V





Naizmenicni signaliNaizmenicni napon amplitude Up = 0,5V i ucestanosti f = 1kHz sa ofsetom U = 1 V




Deo 2

Otpornici stalne otpornosti




Definicije

Otpornici (resistors) su elektronske komponente koje se karak-teriu tacno odredenom vrednocu otpornosti, a cija je namenaregulacija raspodele elektricne energije izmedu delova elektron-skog kola.

Otpornost (resistance) predstavlja kvantitativnu meru sposobno-sti otpornika da se suprotstavi protoku elektricne struje kroz njega.

Specificna elektricna otpornost (resistivity) predstavlja fizicku ka-rakteristiku materijala od koga je otpornik napravljen i opisujesposobnost tog materijala da se suprotstavi protoku elektricnestruje.




OtpornostOtpornost

Kod otpornika stalne otpornosti struja i napon su direktno pro-porcionalni, pa je otpornost R konstantna.

R =U

I(1)

Uobicajeni elektricni simboli za otpornike stalne otpornosti:

R R




OtpornostSpecificna elektricna otpornost

R = l

S(2)

l i S su duina i povrina poprecnog preseka tela otpornika, re-spektivno. Jedinica za specificnu elektricnu otpornost je m, a uupotrebi je i mm2/m.

Materijal (m) na 20Czlato 2,45 108morska voda 2 101suvo drvo 103 104vazduh (1, 3 3, 3) 1016teflon 1022 1024




Osnovni tipoviPodela prema nacinu montae

Otpornici sa izvodima koji prolaze kroz rupe na tampanojploci (through hole).

Otpornici za povrinsku montau (SMD ili cip otpornici).




Osnovni parametri

Nazivna (nominalna) otpornost.

Tolerancija (klasa tacnosti).

Nazivna (nominalna) snaga.

Nazivna otpornost se izraava u (npr. 33, 47 k, 1 M). To-lerancija predstavlja odstupanje u odnosu na vrednost nazivneotpornosti i izraava se u procentima (npr. 5%). Nazivna snagapredstavlja maksimalnu dozvoljenu snagu na otporniku i izraavase u W (npr. 0,5 W).

Primer: Otpornik nazivne otpornosti 100 sa 5% tolerancije moeimati otpornost u opsegu 95 do 105.




Nazivna otpornostStandardne vrednosti otpornosti

Standardne vrednosti otpornosti su raspodeljene po dekadama:

1 - 1010 - 100

100 - 1 k1 k - 10 k

10 k - 100 k100 k - 1 M

1 M - 10 M

Postoje i vrednosti manje od 1 i vece od 10 M.





Unutar svake dekade nalazi se odredeni broj standardnih vred-nosti otpornosti, tako da se formiraju E-nizovi (E-series). Brojiza slova E u oznaci niza oznacava koliko standardnih vrednostiotpornosti ima u jednoj dekadi.

Primer: Oznaka E12 govori da se unutar jedne dekade nalazi 12standardnih vrednosti otpornosti. Korak izmedu vrednosti otpor-

nosti odreden je kao 10

112

' 1,2. Svaka naredna vrednost unu-

tar dekade se dobija kao proizvod prethodne vrednosti i koefici-jenta 1,2. Vrednosti se zaokruuju tako da su priblino ekvidi-stantne unutar jedne dekade na logaritamskoj skali (10, 12,15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82). Vred-nost 100 pripada narednoj dekadi.





Primer: Niz E12

20 30 40 50 60 70 80 9010 100

15 1812 22 27 33 39 47 56 68 8210

Za svaku dekadu u E12 nizu postoji odgovarajuca vrednost otpor-nosti, npr. 2,2, 22, 220, 2,2 k, 22 k, 220 k, 2,2 M




Nazivna otpornostStandardne vrednosti otpornosti - E nizovi

Niz TolerancijaE6 20%E12 10%E24 5% i 1%E48 2%E96 1%E192 0,5%, 0,25% i 0, 1%

U praksi se najcece koriste otpornici iz niza E24:

10 11 12 13 15 1618 20 22 24 27 3033 36 39 43 47 5156 62 68 75 82 91




Oznacavanje otpornikaOznacavanje otpornika sa izvodima

Oznacavanje se vri pomocu obojenih traka na telu otpornika.

Prva trakaDruga traka Mnoilac

Tolerancija

4 trake

Prva trakaDruga traka Mnoilac

Tolerancija

Trea traka

5 traka





BojaPrvatraka

Drugatraka Mnoilac Tolerancija

Crna 0 0 0Braon 1 1 1Crvena 2 2 2Narand. 3 3 3uta 4 4 4Zelena 5 5 5Plava 6 6 6Ljubi. 7 7 7Siva 8 8 8Bela 9 9 9ZlatnaSrebrnaNema5boje

Treatraka

x510 0

x5101

x5102

x5103

x5104

x5105

x5106

x5107

x5108

x5109

1S2S

5S10S20S

0,5S0,25S

0,05S0,1S

x510-1

x510-2





Primer:

27 5

5%

4 trake

R = 27 105 5% = 2,7M 5%Nizovi E6, E12 i E24.





Primer:

27 4

1%

0

5 traka

R = 270 1041% = 2,7 M 1%Nizovi E24, E48, E96 i E192.




Oznacavanje otpornikaOznacavanje SMD otpornika

Oznacavanje se vri pomocu 3 ili 4 cifre na telu otpornika.

4703473

473 47 103= 47 k4703 470 103= 470k

Oznaka sa 3 cifre podrazumeva toleranciju 5%, a oznaka sa 4cifre toleranciju 1%.




Oznacavanje otpornikaOznacavanje SMD otpornika

Oznacavanje otpornika malih otpornosti2.

2R20

068R221

SMD otpornici se oznacavaju i pomocu posebnih kodova, premastandardu EIA-96. Na nekim otpornicima, zbog malih dimenzija,nema oznaka.

2Otpornik otpornosti 0 ima primenu u elektronskim kolima.Z. Prijic Elektronske komponente



Konstrukcija otpornikaIlustracija konstrukcije otpornika sa izvodima (gore) i SMD otpornika (dole)




MaterijaliPodela prema materijalu od kojeg je izraden otporni sloj

ugljenicni, sa otpornim slojem od pirolitickog ugljenika; (ti-picno otpornici sa 5% tolerancije)

metaloslojni, sa otpornim slojem od legura metala (metali-zirani), ili od oksida metala (metaloksidni), ili od metala idielektrika (kermetni); (tipicno otpornici sa 1% tolerancije)

kompozitnipoluprovodnicki




Otpornicki moduli (mree)Vie otpornika unutar jednog kucita

Single In Line (SIL) Dual In Line (DIL)

Otpornici su medusobno nezavisni.




Otpornicke moduli (mree)Vie otpornika unutar jednog kucita

1

100

2 3 4 5 6

900 9K 90K 900K

Otpornici su medusobno povezani. Unutar jednog kucita svi ot-pornici mogu imati iste ili razlicite vrednosti otpornosti.




Snaga na otpornikuPrimer

Kroz kolo na slici prolazi struja I =U

R= 50 mA. Na otporniku se

razvija snaga:P = UI (3)

U ovom slucaju je P = 5 0,05 = 0,25 W.Z. Prijic Elektronske komponente



Snaga na otpornikuOmov tocak




Nazivna snagaMaksimalna struja kroz otpornik

Maksimalna struja Imax koja moe da prode kroz otpornik na-zivne otpornosti R odredena je njegovom nazivnom snagomPn:

Imax =

PnR

(4)

Ako kroz otpornik prode veca struja, dolazi do njegovogpregrevanja, to rezultira razaranjem otpornog materi-jala. Posledica je, u najboljem slucaju, prestanak radaelektronskog kola u koje je otpornik ugraden.




Nazivna snagaStandardne vrednosti

Standardne vrednosti za nazivnu snagu otpornika:

Snaga P (W)0,1250,250,51,02,0

Primer: Ako je napon u kolu 5 V, a treba staviti otpornik od 180,onda je struja kroz otpornik I = 5/180' 28mA. Snaga na otpor-niku je P = 5 0, 028 = 0,15W. Treba izabrati otpornik nazivnesnage 0,25 W. Maksimalna struja koja moe da prode kroz otpor-nik je u tom slucaju Imax =

p0,25/180' 37mA.





Termovizijski prikaz metaloslojnog otpornika R = 1 k, Pn =0,25 W, prikljucenog na napon U = 5V.

telo otpornika

izvodi Struja kroz otpornikje 5 mA, a snaga naotporniku je 0,025 W.Maksimalna tempera-tura na telu otpornikaje 29 C. Temperaturaambijenta je 26 C.





Termovizijski prikaz metaloslojnog otpornika R = 1 k, Pn =0,25 W, prikljucenog na napon U = 15V.

telo otpornika

izvodi Struja kroz otpornikje 15 mA, a snaga naotporniku je 0,225 W.Maksimalna tempera-tura na telu otpornikaje 54 C. Temperaturaambijenta je 26 C.




Nazivna snagaMaksimalni napon

Maksimalni napon na otporniku proizvodaci daju u tehnickimspecifikacijama. Medutim, to ne znaci da se na svaki otpornikmoe dovesti maksimalni napon.Primer: Otpornici otpornosti 10 i 1 M deklarisani su za istunazivnu snagu 0,25 W i maksimalni napon 250 V. Poto je:

P =U2max

R=

2502

10= 6250 W 0,25 W

P =U2max

R=

2502

1 106 = 0,0625W< 0,25 W ,

ocigledno je da otpornik otpornosti 10 ne moe da se opteretimaksimalnim naponom!




Nazivna snagaDozvoljeni napon

Iz nazivne snage se odreduje dozvoljeni napon na otporniku:

U pRPn (5)Za otpornik otpornosti 10:

U p10 0, 25' 1,6V .U ovom slucaju je dozvoljeni napon priblino 160 puta manji odmaksimalnog!




Oznacavanje u elektricnim emama

Podrazumeva se da su otpornici tolerancije 5% i nazivne snage0,25 W. U slucaju da nije tako, pored oznake se obavezno stavljajutolerancija i/ili nazivna snaga!




Primeri primeneOgranicavanje struje u kolu

Potrebno je odrediti vrednost otpornosti otpornika R tako da strujakroz komponentu K ne bude veca od IK = 20mA, pri naponuUK = 2,2V.




Primeri primeneOgranicavanje struje u kolu

Vrednost otpornosti se izracunava kao:

R =U UK

IK=

5 2, 220 103 = 140 .

Uzima se najblia standardna vrednost, koja je na sigurnoj strani,u ovom slucaju 150, sa 5% tolerancije. Snaga koja se razvijana otporniku je:

P = I2KR = (20 103)2 150 = 0,06W , (6)pa se, s obzirom na dostupnost i cenu, moe uzeti otpornik na-zivne snage 0,25 W.




Primeri primeneObezbedivanje referentnog naponskog nivoa - naponski razdelnik

Potrebno je odrediti vrednost otpornosti otpornika R2 tako da jereferentni naponski nivo U2 = 3,3 V.





Naponski razdelnik:

U2 =R2

R1 + R2U1 (7)

Kod naponskog razdelnika se uobicajeno koriste otpornici sa1% tolerancije (R1 i R2). Postoje i posebni otpornicki moduli samanjom tolerancijom.

Iz (7) je:

R2 =U2

U1 U2 R1 =3, 3

5 3, 3 2 = 3,88 k

Uzima se najblia standardna vrednost od 3,92 k.





Struja kroz razdelnik je:

IR1 = IR2 =U1

R1 + R2=

5

(2+ 3,92) 103 ' 0,85mASnaga na otpornicima:

PR1 =I2R1R1 = (0,85 103)2 (2 103)' 1,5 mW

PR2 =I2R2R2 = (0,85 103)2 (3,92 103)' 2,8mW





Svako elektronsko kolo moe se okarakterisati ekvivalentnom ula-znom otpornocu RIN koju pobudni signal na ulaznim prikljuccimavidi kao opterecenje (load)3.

elektronsko kolo

RIN nije fizicki otpornik!

3Otpornost RIN se u literaturi oznacava i sa RL i naziva otpornost opterecenja.Z. Prijic Elektronske komponente




Idealni slucaj naponskog razdelnika podrazumeva da je otpornostRIN beskonacno velika, a struja IIN jednaka nuli.

elektronsko kolo





U praksi kola imaju konacnu ulaznu otpornost i potroaci su struje.Zbog toga je pri projektovanju naponskog razdelnika potrebnoimati u vidu vrednosti RIN i IIN.

Primer: Neka je U1 = 12 V i IIN = 10mA. Potrebno je projektovatinaponski razdelnik tako da je U2 = 3,3 V.

Vrednost otpornika R2 se odreduje koricenjem empirijskog4 pra-

vila:IR2 0,1IIN = 0, 1 10 = 1 mA ,

odnosno IR2 je 10% struje IIN.

4empirijsko iskustveno (rule of thumb)Z. Prijic Elektronske komponente




Vrednost otpornosti otpornika R2 je:

R2 =U2IR2

=3,3

1 103 = 3,3 k .Vrednost otpornosti otpornika R1 je:

R1 =U1 U2IR2 + IIN

=12 3,3

(1+ 10) 103 ' 791 .

Uzimajuci u obzir najblie standardne vrednosti otpornosti otpor-nika sa 1% tolerancije bira se R1 = 787 i R2 = 3,32 k.





Ekvivalentna elektricna ema:

RIN =U2IIN

=3, 3

0, 01= 330 ,

Re =R2RIN

R2 + RIN

=3320 3303320+ 330

' 300.





Proracun U2:

U2 =Re

R1 + ReU1 =

300

787+ 300 12' 3,3V .

Napomene:

U praksi nije moguce uvek pronaci otpornike izracunate vrednosti otpornosti koddobavljaca, pa se tada uzimaju pribline vrednosti koje su na raspolaganju i prora-cun vri sa njima.

Opisani princip je primenljiv samo kada je struja IIN konstantna i relativno mala.Za vece i promenljive struje IIN kriterijum moe biti obrnut (IIN 0, 1IR2). Medu-tim, to uglavnom dovodi do neprihvatljivo velike potronje struje i disipacije snagena razdelniku. U takvim slucajevima se umesto razdelnika koriste specijalizovanaintegrisana kola kao to su naponske frerence i naponski regulatori.




Primeri primeneStrujni razdelnik

I1 =R2

R1 + R2I

Primenjuje se kod mernih instrumenata5, u kolima senzora, zaraspodelu snage, itd.

5ant (shunt) otpornici.Z. Prijic Elektronske komponente



Otpornici velike snageDebeloslojni (thick film) i icani motani (wirewound)

Debeloslojni otpornici su nacinjeni od jednog ili vie slojeva ot-pornog materijala. Proizvode se za nazivne snage tipicno do 100 W.Za njihovu bezbednu primenu neophodno je na kucite otpornikamontirati odgovarajuci hladnjak!

icani otpornici su nacinjeni od namotaja ice odredene speci-ficne otpornosti. Proizvode se za nazivne snage tipicno do 50 W.Nedostatak u odnosu na debeloslojne otpornike je u postojanju iz-razite parazitne induktivnosti. Kod nekih tipova je za bezbednuprimenu neophodno na kucite otpornika montirati odgovarajucihladnjak!

Postoje i druge vrste otpornika velike snage, tipicno za primeneu elektroenergetici.




Otpornici velike snageDebeloslojni (thick film) i icani motani (wirewound)




Uticaj temperatureTemperaturni koeficijent

Otpornost otpornika se menja sa promenom temperature. Na-zivna otpornost se podrazumevano specificira za sobnu tempera-turu T0 (tipicno 25

C), a promena se opisuje koricenjem tempe-raturnog koeficijenta :

R(T) = R(T0)(1+|T T0|). (8)Temperaturni keoficijent se izraava u ppm/C (ppm Parts PerMillion)6 i moe imati pozitivnu i negativnu vrednost. Po konven-ciji, ako otpornost raste sa porastom temperature, temperaturnikoeficijent je pozitivan. Ako otpornost opada sa porastom tem-perature, temperaturni koeficijent je negativan.

61 ppm = 106.Z. Prijic Elektronske komponente



Uticaj temperatureTemperaturni koeficijent - primer

Otpornik nazivne otpornosti 1 k deklarisan je od strane proizvo-daca za radne temperature u opsegu 55 C do 155 C, sa tem-peraturnim koeficijentom 200ppm/C.

1 Na temperaturi Tmin = 55 C otpornost moe biti:R(Tmin) = R(T0)(1+|Tmin T0|)

= 1000(1 200 106 | 55 25|)= 1000(1 0, 016) = 1000 16

2 Na temperaturi Tmax = 155 C otpornost moe biti:R(Tmax) = R(T0)(1+|Tmax T0|)

= 1000(1 200 106 |155 25|)= 1000(1 0, 026) = 1000 26




Uticaj temperatureTemperaturni koeficijent - primer

U praksi je pogodno promenu otpornosti sa promenom tempera-ture izraziti u procentima u odnosu na nazivnu vrednost:

250 155-55

+2,6

+1,6

-1,6

-2,6

0




Uticaj temperatureDegradacija nazivne snage

Sa porastom temperature opada snaga sa kojom se moe optere-titi otpornik:

160140120100806040

100

80

60

40

20

20

% nazivne snage

U primeru na slici otpornik se moe opteretiti nazivnom snagomdo temperature 70 C.




Uticaj temperatureTermicki um (Donsonov um Johnson noise)

Termicki um je posledica termicke fluktuacije nosilaca naelektri-sanja. Ne zavisi od vrste materijala od koga je otpornik izraden.Elektricno se manifestuje kao parazitni naizmenicni napon efek-tivne vrednosti:

UJ =

4kTRf , (9)

pri cemu je k Bolcmanova konstanta, T temperatura u K, a fopseg ucestanosti u kome se meri um. Termicki um je neizbenapojava u elektronskim kolima, a njegova redukcija je od posebnogznacaja u audio aplikacijama.

Napomena: Pored termickog, kod otpornika postoji i strujni um, kojine zavisi znacajno od temperature, ali zavisi od jacine struje kroz ot-pornik, konstrukcije otpornika i osobina otpornog materijala.




Parazitne komponenteEkvivalentna elektricna ema otpornika

Telo otpornika se, pored sopstvene otpornosti R, karakterie para-zitnom induktivnocu L i kapacitivnocu C (usled postojanja me-talnih obloga, odnosno kontakta). Izvodi otpornika se karakte-riu parazitnom induktivnocu LC, kao i parazitnom kapacitivno-cu CG (kada je otpornik u kolu).




Parazitne komponenteOtpornik na visokim ucestanostima

Ukljucivanjem parazitnih induktivnosti i kapacitivnosti, otpornikse vie ne karakterie otpornocu, vec impedansom7 Z. Parazitnekomponente su od znacaja za primenu otpornika na visokim uce-stanostima. Glavna posledica prisustva parazitnih komponenataje degradacija vrednosti otpornosti otpornika na visokim ucesta-nostima. Izuzetak su icani otpornici, kod kojih parazitna induk-tivnost L moe imati uticaja na impedansu i pri niim ucestano-stima.

Za primenu na visokim ucestanostima postoje varijante otpornikastalne otpornosti koje proizvodaci nazivaju HF (High Frequency),kod kojih je uticaj parazitnih komponenata minimizovan.

7Videti predavanja o kondenzatorima i kalemovima.Z. Prijic Elektronske komponente



PotenciometriTrimeri

Deo 3

Otpornici promenljive otpornosti





Otpornici promenljive otpornostiPotenciometri

Potenciometri predstavljaju otpornike kod kojih se otpornost moepromeniti manuelno, podeavanjem odgovarajuceg mehanizmaugradenog u komponentu. Primenjuju se za regulaciju napona istruja u elektronskim kolima.Prema nameni se mogu podeliti na:

potenciometre opte nameneregulacione otpornike (trimere).

Elektricni simboli:

potenciometar trimer





PotenciometriPrincip rada

Potenciometar poseduje klizac (wiper) pomocu koga se otpornostpotenciometra Rp moe podeliti (Rp = R1 + R2). U elektricnomsmislu, potenciometar moe biti primenjen kao naponski razdel-nik, za podeavanje referentnog naponskog nivoa.

RL je otpornost opterecenja.Z. Prijic Elektronske komponente




PotenciometriPrincip rada

U primeru na slici, deo otpornosti potenciometra R2 je kratko spo-jen. Promenom poloaja klizaca R1 se povecava ili smanjuje, cimese regulie jacina struje u kolu (reostat).

Model idealnog potenciometra:

Rp = R1 + R2R1 = xRpR2 = (1 x)Rp0 x 1





Sadraj









Potenciometri opte namenePodela prema obliku

Potenciometri opte namene se prema obliku mogu podeliti na:pravolinijske (iber ili slider)

krune (rotary)





iber potenciometriIlustracija konstrukcije

1

2

31

2

3

Primenjuju se kao korisnicke kontrole na uredajima potroacke iprofesionalne elektronike.





iber potenciometriRezidualna otpornost

Postojanje rezidualne otpornosti onemogucava da se potenciome-tar u kolu ponaa kao kratak spoj.

Proizvodaci ovu otpornost definiu i kao otpornost krajeva (endresistance).





Kruni potenciometriIlustracija konstrukcije

Otporna traka je obicno od grafita. Moe biti i helikoidna, takoda ima vie od jednog obrtaja. Takode poseduju rezidualnu ot-pornost. Primenjuju se kao korisnicke kontrole, prvenstveno nauredajima potroacke elektronike. Postoje i varijante sa prekida-cem.





Kruni potenciometri

Prema zavisnosti otpornosti od ugla obrtanja, mogu se podelitina: linearne, logaritamske i inverzne logaritamske.

100

80

60

40

20

0

0 10080604020

linearni

logaritamski

(audio)

inverzni logaritamski

(inverzni audio)

Logaritamski potenciometri se najcece koriste u audio aplikaci-jama, za kontrolu jacine zvuka. U jednom kucitu moe biti dva(dual gang) ili vie potenciometara.





Potenciometri opte nameneTolerancija

Tipicne vrednosti tolerancija otpornosti kod potenciometaraopte namene su 10% i 20%.

Sva ogranicenja vezana za nazivnu snagu, temperaturu i nazivninapon opisana kod otpornika stalne otpornosti vae i za poten-ciometre opte namene. Pored toga, zbog mehanickog kontaktaklizaca i otporne trake, ovi potenciometri su podloni habanju,to im skracuje radni vek.





Sadraj









Regulacioni otporniciTrimeri (trimpot)

Trimeri su pravolinijski ili kruni potencimetri koji se koriste zaprecizno podeavanje otpornosti u elektronskim kolima. U mno-gim kolima se nalaze redno vezani sa otpornikom stalne otpor-nosti. Znacajno su manjih dimenzija od potenciometara optenamene. Ugraduju se unutar kucita elektronskih uredaja i slueza fabricku ili servisnu kalibraciju parametara. Mogu biti jedno-obrtni i vieobrtni. Klizac trimera je preko odgovarajuceg meha-nizma povezan sa spoljanjim zavrtnjem, tako da se podeavanjeotpornosti vri rafcigerom. Proizvode se sa izvodima za mon-tau kroz rupe na tampanoj ploci (through hole) i povrinskumontau (SMD).





Regulacioni otporniciTrimeri





Regulacioni otporniciPravolinijski trimer

Ilustracija konstrukcije8:

8Skica preuzeta iz materijala proizvodaca potenciometara BOURNS.Z. Prijic Elektronske komponente




Regulacioni otporniciKruni trimeri

Ilustracija konstrukcije9:

9Skice preuzete iz materijala proizvodaca potenciometara BOURNS.Z. Prijic Elektronske komponente




Regulacioni otporniciTolerancije, minimalna otpornost, nazivna snaga, temperaturni koeficijent

Tipicne vrednosti tolerancija otpornosti kod trimera su10%,20% i 25%.Trimeri se karakteriu apsolutnom minimalnom otpornocu, kojase izraava u procentima u odnosu na nazivnu otpornost ili di-rektno u . Primer: (0,5% ili 1 max.) u zavisnosti od vred-nosti nazivne otpornosti, uzima se veca vrednost. Apsolutna mi-nimalna otpornost onemogucava da se trimer ponaa kao kratakspoj (ali moe biti vrlo blizu!).

Trimeri se proizvode za nazivne snage tipicno do 0,5 W, iako semogu naci i za vece.

Tipicne vrednosti temperaturnog koeficijenta su 100ppm/C i250ppm/C.





Regulacioni otporniciPrimer primene: Dovodenje u ravnoteu Vitstonovog mosta

A

B

C D

R1 i R2 su otpornici poznatih otpornosti. Rx je nepoznata otpor-nost, koju treba odrediti.





Regulacioni otporniciPrimer primene: Dovodenje u ravnoteu Vitstonovog mosta

R1 i R3 cine jedan, a R2 i Rx drugi naponski razdelnik:

UC =R3

R1 + R3U

UD =Rx

R2 + RxU

Da bi most bio u ravnotei, potrebno je da bude UC = UD, odaklese dobija:

Rx = R3R2R1

.

Trimer R3 se podeava sve dok instrument izmedu tacaka C i Dne ocita nultu vrednost.




NTC otporniciPTC otporniciVaristoriFotootpornici

Deo 4

Nelinearni otpornici





Nelinearni otporniciDefinicija

Nelinearni otpornici su otpornici kod kojih se otpornost ne me-nja linearno pod dejstvom uzroka promene otpornosti. Premauzroku promene otpornosti, mogu se razvrstati prema sledecojtabeli:

Naziv Uzrok promene otpornostitermistori temperaturavaristori elektricno poljefotootpornici svetlostmagnetootpornici magnetno poljetenzootpornici mehanicko naprezanje





Nelinearni otporniciTermistori

Otpornost termistora se znacajno menja sa promenom tempera-ture. U zavisnosti od smera promene u odnosu na porast tempe-rature, razlikuju se:

otpornici sa negativnim temperaturnim koeficijentom (NTC)

otpornici sa pozitivnim temperaturnim koeficijentom (PTC)

Elektricni simboli:

NTC PTC





Sadraj









TermistoriNTC otpornici

Proizvode se od polikristalnih oksidnih poluprovodnickih mate-rijala (Al2O3, ZnO, itd.). Promena otpornosti sa promenom tem-perature se moe opisati pomocu relacije:

RT = R e BT , (10)gde su R i B konstante. Konstanta B naziva se temperaturna ose-tljivost i njena vrednost zavisi od svojstava otpornog materijala.Temperatura i temperaturna osetljivost se izraavaju u kelvinima(K = C + 273).

Napomena: ex se cesto pie kao exp(x), tj. ex exp(x) e BT expB

T

.






Proizvodaci daju zavisnost oblika:

RT = RT0 exp

B

1

T 1

T0

, (11)

gde je T0 referentna temperatura, tipicno 25C ' 298K, a RT0

otpornost termistora na toj temperaturi.

Primer: NTC otpornik otpornosti R25 = 1 i temperaturne ose-tljivosti B = 2000 K, na temperaturi T = 60 C = 333 K ima otpor-nost:

R60 = 1 exp

2000

1333 1

298

' 0,5 .





TermistoriNTC otpornici - zavisnost otpornosti od temperature






Vrednosti tolerancija otpornosti kod NTC optornika su generalnorazlicite pri razlicitim temperaturama. Maksimalne vrednosti to-lerancija su tipicno 1%, 5%, 10% i 20%.Temperaturni koeficijent:

=1

R RT 100 (% C1) (12)

Relacija (12) vai samo za male promene temperature T (ti-picno 0,5 C do 5 C). Proizvodaci obicno daju vrednosti iR/Rza odredene temperature.






Kada je na NTC otpornik doveden napon U iz spoljanjeg izvora,protok struje izaziva njegovo zagrevanje. Ova pojava naziva sesamozagrevanje (selfheating). NTC otpornik je u termickoj rav-notei kada je snaga koju mu predaje izvor jednaka snazi koju onpredaje okolini u vidu toplote. Snaga na NTC otporniku je:

P =U2

RT= (T T0) ,

pri cemu je T temperatura samog otpornika, a T0 temperaturaokoline (ambijenta). Velicina naziva se koeficijent disipacije(mW C1).






Osnovne primene NTC otpornika:merenje temperature (temperaturni senzori) otpornik sezagreva pod dejstvom spoljanje temperature.ogranicenje struje otpornik se samozagreva pri protokustruje kroz njega






Strujnonaponska karakteristika:





TermistoriNTC otpornici - merenje temperature

Za primenu NTC otpornika kao temperaturnog senzora potrebnoje da struja kroz njega bude mala, kako se ne bi samozagrevao.U tom slucaju celokupna promena otpornosti NTC otpornika semoe pripisati dejstvu promene temperature ambijenta.

Napomena: Ulazna otpornost voltmetra mora biti mnogo veca od otpornosti NTC otpor-nika u celom opsegu merenja temperature.






Primer: I = 100A = Const., R25 = 10 k, B = 3977K, Pn =0,5 W, opseg merenja: 10 C do 55 C.

T

-25 0 25 50

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

-10 55

Nedostatak: nelinearni odziv, pa je kalibracija oteana.Z. Prijic Elektronske komponente





Linearizacija odziva NTC otpornika.

Napomena: Linearizacija se moe izvriti i stavljanjem otpronika R1 paralelno sa otpor-nikom RT , uz zadravanje izvora konstantne struje.






Primer: I = 100A = Const., R25 = 10 k, B = 3977K, Pn =0,5 W, opseg merenja: 10 C do 55 C.

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

0.0

-10 0 10 20 30 40 50

Odstupanje od idealne prave linije je 4% u opsegu merenja, to je prihvatljivo za mnogeprimene.





TermistoriNTC otpornici - ogranicenje struje

Kod nekih elektronskih uredaja se neposredno po ukljucenju na-pajanja pojavljuje mnogo veca struja od nominalne. Ova strujase naziva pocetna udarna struja (inrush current) i neeljena jepojava jer moe otetiti uredaj. NTC otpornici se uobicajeno ko-riste za zatitu uredaja od pocetne udarne struje. Neposredno poukljucenju napajanja, NTC otpornik je hladan i otpornost mu jerelativno velika, tako da ogranicava vrednost struje. Dalji protokstruje izaziva samozagrevanje NTC otpornika i njegova otpornostse smanjuje, tako da posle nekog vremena pad napona na njemupostaje zanemariv.





TermistoriNTC otpornici - ogranicenje struje

Prednost: niska cena, jednostavna ugradnja.Nedostatak: NTC-u je potrebno vreme da se ohladi nakon is-kljucenja napajanja, da bi ponovo bio spreman za obavljanjefunkcije.





Sadraj









TermistoriPTC otpornici (pozistori)

Proizvode se od polikristalnih keramickih materijala, uglavnomna bazi barijumtitanata (BaTiO3). Za PTC otpornike je karakte-risticno da im iznad odredene temperature otpornost naglo raste,to znaci da ima pozitivan temperaturni koeficijent. Ta tempera-tura se naziva Kirijeva (Curie) temperatura TC, a proizvodaci jenazivaju i okidacka temperatura (switching temperature). Otpor-nost PTC otpornika raste sve do maksimalne temperature TRmax,a nakon toga pocinje da opada, to znaci da PTC otpornik tadaima negativan temperaturni koeficijent. Ispod Kirijeve tempera-ture otpornost PTC otpornika u jednom delu takode ima negativnitemperaturni koeficijent!





TermistoriPTC otpornici






Konkretan oblik krive zavisnosti otpornosti od temperature uslo-vljen je pre svega hemijskim sastavom materijala i nacinom pro-izvodnje PTC otpornika. Zbog toga ne postoji jedinstvena jedna-cina koja opisuje ovu krivu. Standardno se uzima da je:

RTC = 2Rmin . (13)

U intervalu temperatura [TC, TRmax]10 koristi se aproksimacija:

RT A+ C exp(BT) , (14)pri cemu su A, B, i C konstante za dati PTC otpornik.

10TC T TRmaxZ. Prijic Elektronske komponente





Karakteristicni parametri:

Struja okidanja (trip current) je minimalna struja pri kojojce PTC otpornik dostici temperaturu okidanja TC.Vreme do okidanja (trip time) je vreme za koje ce PTC ot-pornik dostici temperaturu okidanja TC pri konstantnom na-ponu.

Maksimalna struja Imax je najveca struja koja moe da pro-tekne kroz PTC otpornik pri njegovom prelasku iz stanja ni-ske u stanje visoke otpornosti.

Napomena: Otpornost PTC otpornika se znacajno smanjuje sa porastom ucestanosti sig-nala na njemu, pa se ovi otpornici obicno ne primenjuju na visokim ucestanostima.






Osnovne primene PTC otpornika:reverzibilni termicki prekidaci otpornik se zagreva pod dej-stvom spoljanje temperature.reverzibilni termicki osiguraci otpornik se samozagreva priprotoku struje kroz njega





TermistoriPTC otpornici reverzibilni termicki prekidaci

PTC otpornici se proizvode sa razlicitim Kirijevim temperaturama(tipicno 60 C, 70 C, 80 C, 90 C). Kad spoljanja temperaturadostigne Kirijevu temperaturu, otpornost PTC otpornika naglo ra-ste.





TermistoriPTC otpornici reverzibilni termicki prekidaci

Porast otpornosti PTC otpor-nika izaziva veci pad naponana njemu. Promena naponaUT se detektuje odgovara-jucim elektronskim kolom ipreduzima se povratna akcija(npr. ukljucenje ventilatora,sniavanje ucestanosti proce-sora)

SMD PTC otpornik

0,6mm 0,3mm 0,3mm





TermistoriPTC otpornici reverzibilni termicki osiguraci

Ako struja u kolu naglo poraste, PTC otpornik se zagreva i pre-lazi u stanje visoke otpornosti, ogranicavajuci tako struju na mi-nimalnu vrednost. Koriste se za zatitu motora, transformatora,rasvetnih tela, itd.

PTC otpornici za ovu namenu proizvode se i od razlicitih poli-mera, pa se nazivaju polyswitch.





Sadraj









Varistori

Varistori su otpornici cija se otpornost nelinearno menja sa pro-menom napona na njima.

Elektricni simboli:

Najvie se upotrebljavaju metaloksidni varistori (MOV). Proi-zvode se od keramickih materijala, na bazi cinkoksida (ZnO).





VaristoriStrujnonaponska karakteristika

Strujnonaponska karakteristika varistora je bidirekciona i sime-tricna.





VaristoriStrujnonaponska karakteristika

U intervalu napona [UV , UV] kroz varistor tece zanemarljiva stru-ja, pa se moe smatrati da je u kolu prekid. Napon UV nazivase napon praga varistora (threshold voltage) ili napon provode-nja (clamping voltage). Izvan tog intervala kroz varistor teceznacajna struja, pa se moe smatrati da je kratak spoj (u prvojaproksimaciji). Struja kroz varistor:

I = KU , (15)

gde su K i konstante za svaki konkretan tip varistora. Izrazom(15) odredena je radna oblast varistora.





VaristoriNaponskostrujna karakteristika

Proizvodaci obicno daju naponskostrujnu karakteristiku:

3

102

10

10-8

10-6

10-4

10-2

1 102

104

10

Napomena: Neki proizvodaci daju deo karakteristike koji obuhvata samo radnu oblast.





VaristoriPrimena

Varistori se koriste za zatitu elektronskih kola od naponskih pre-maenja (overvoltage). Naponska premaenja predstavljaju tran-zijentne pojave, tj. pojave koje se deavaju u veoma kratkom vre-menskom intervalu. Manifestuju se kao znacajna odstupanja vred-nosti napona u odnosu na nominalnu vrednost za koju je koloprojektovano.

nominalna vrednost napona

Amplituda naponskogpremaenja moe bitii vie redova velicineveca od nominalnevrednosti napona.





VaristoriPrimena

Varistori se vezuju paralelno kolu koje se titi od naponskih pre-maenja.

elektronsko

kolo

izvor

napajanja

Sve dok je napon na nomi-nalnoj vrednosti, kroz vari-stor tece zanemarljiva struja ion se ponaa kao prekid, takoda nema uticaja na rad kola.Sa nailaskom tranzijenta, va-ristor ulazi u radnu oblast,struja kroz njega se naglo po-vecava i na taj nacin uticajtranzijenta se svodi na mini-mum.





VaristoriPrimena

elektronsko

kolo

izvor

napajanja

Ako struja kroz varistor budetolika da on izade iz radneoblasti i pocne da se ponaakao kratak spoj, osigurac cepregoreti, odvajajuci na tajnacin kolo od izvora.

Varistori vremenom stare (aging), to znaci da se napon pro-vodenja smanjuje sa brojem naponskih premaenja koje varistorpriguuje.





Sadraj









FotootporniciDefinicija

Fotootpornici pripadaju grupi optoelektronskih komponenata. Ot-pornost im se menja zbog interakcije svetlosti sa materijalom odkoga su napravljeni. Nazivaju se jo i svetlosno zavisni otpornici(Light Dependent Resistors LDR).

Elektricni simbol:

Proizvode se od poluprovodnickih jedinjenja (InSb, ZnS, PbS,CdS, CdSe, itd.).





FotootporniciPrincip rada

Kada fotoni upadne svetlosti prodru u materijal, svoju energijupredaju elektronima tog materijala. Elektroni raskidaju kova-lentne veze sa maticnim atomima i postaju slobodni. Viak slo-bodnih elektrona rezultuje smanjenjem specificne elektricne ot-pornosti materijala.

Efekat se naziva fotoprovodnost (photoconductivity).





FotootporniciIlustracija konstrukcije

Fotoosetljivi materijal se pravi u obliku izuvijane trake kako biotpornik bio to dui. Otpornik moe biti i bez kucita, na kera-mickom supstratu i zaliven providnom epoksidnom smolom.





FotootporniciSvetlosni spektar

Fotootpornici se proizvode za razlicita podrucja svetlosnog spek-tra.

400 500 600 70010

UV vidljiva svetlost IC

106

UV ultraljubicasto podrucje

IC infracrveno podrucje





FotootporniciFotostruja

Karakteristicni parametri:

otpornost u mraku (dark resistance) Rdstruja mraka (dark current) Idtalasna duina maksimalne osetljivosti (spectral peak) max

Kada se na fotootpornik koji se nalazi u mraku prikljuci izvor na-pajanja, kroz njega tece struja mraka Id. Kada se fotootpornikosvetli, kroz njega tece struja Il. Razlika ovih struja naziva sefotostruja (photocurrent):

Iph = Il Id .





FotootporniciFotostruja

Zavisnost fotostruje od osvetljenosti:

Iph = AEv ,

gde je Ev osvetljenost, dok su A i konstante koje zavise od foto-otpornog materijala i talasne duine upadne svetlosti.

Za prakticnu primenu je od interesa zavisnost otpornosti od osve-tljenosti. Proizvodaci daju ovu zavisnost u obliku krive ili tabele.





FotootporniciTipicna zavisnost otpornosti od osvetljenosti

10

210

310

410

510

10 210 310 410 510 6101

Napomena: Luks (lx) je subjektivna jedinica za meru osvetljenosti povrine.





FotootporniciZavisnost relativne spektralne osetljivosti od talasne duine upadne svetlosti

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

400 500 600 700 800 900

Spektralna osetljivost:

S() =energija upadne svetlosti

fotostruja

Relativna spektralna osetlji-vost:

S()rel =S()

S(max) 100 (%)





FotootporniciPrimena - detektor dima

ALARM





FotootporniciPrimena - detektor dima, ilustracija konstrukcije

reflektor

reflektor

izvor

svetlosti

neprozirna

barijeraprozirna

barijera

plafon

otvori za

vazduh





FotootporniciPrimena - detektor dima, princip rada; druge primene

Potenciometrom Rbal se Vitstonov most dovodi u ravnoteu. Uodsustvu dima, fotootpornici Rdet i Rref su podjednako osvetljeniiz izvora svetlosti unutar detektora. Dim ulazi kroz otvore na do-njem delu detektora i smanjuje refleksiju svetlosti prema fotot-porniku Rdet. Zbog toga se otpornost fotootpornika Rdet povecavai most izlazi iz ravnotee, to aktivira kolo za alarm.

Druge primene fotootpornika:

automatska kontrola ulicne rasvete;

senzor ambijentalnog osvetljenja kod kamera i fotoaparata.





FotootporniciSenzor ambijentalnog osvetljenja - primer

U kolu na slici napon ba-terije je UBAT = 3,6 V.Kada osvetljenost ambi-jenta padne ispod odre-dene vrednosti, otpornostfotootpornika poraste naRS = 100 k, a naponna izlazu treba da budeVOUT = 1,2V. Potrebnoje odrediti vrednost otpor-nosti otpornika R.





FotootporniciSenzor ambijentalnog osvetljenja - primer

Poto je:

VOUT =VBAT

3=

3,6

3= 1,2V ,

to znaci da je na otporniku R ukupno 2/3 napona UBAT. Zbogtoga je:

R = 2RS = 2 100 = 200 k . (16)

Napomena: Kada napon VOUT dostigne odredenu vrednost, aktivira se kolo za prilagode-nje osvetljenja ekrana uslovima ambijentalnog osvetljenja.





Nelinearni otporniciZavrne napomene

Prikazane elektricne eme ne ukljucuju sve detalje i mogu sekoristiti iskljucivo u obrazovne svrhe.Sva ogranicenja vezana za disipaciju snage, maksimalni na-pon i uticaj temperature koja su opisana u delu koji se odnosina otpornike stalne i promenljive otpornosti primenjuju se ikod nelinearnih otpornika! Nelinearni otpornici takode sa-dre i parazitne kapacitivnosti i induktivnosti.





Preporucena literatura

1 S. Ristic, RLC komponente, Prosveta, Ni, 2005. (ISBN: 86-7455-653-1)

2 S. Ristic, Elektronske komponente, Skripta, Elektronski fakul-tet, Ni, 2011. (http://mikroelektronika.elfak.ni.ac.rslite-ratura).

3 C. Platt, Encyclopedia of Electronic Components, Vol. 1, OReilly,2012. (ISBN: 978-1-449-33389-8)

4 T. Floyd, Principles of Electric Circuits, Conventional CurrentVersion, 9th Ed., Pearson, 2013. (ISBN: 978-1292025667)


KondenzatorOdziv kondenzatora na impulsnu pobudu

Odziv kondenzatora na naizmenicni signalKondenzator na visokim ucestanostima

Elektronske komponenteKondenzatori



Predavanja 2015.




Sadraj

1 KondenzatorDefinicijeVrste kondenzatora

2 Odziv kondenzatora na impulsnu pobudu

3 Odziv kondenzatora na naizmenicni signal

4 Kondenzator na visokim ucestanostima




DefinicijeVrste kondenzatora

Deo 1

Kondenzator





Kondenzator









Kondenzator

Kondenzator je elektronska komponenta koja se sastoji od dveprovodne obloge, koje su medusobno razdvojene elektricnim izo-latorom (dielektrikom).

dielektrik

provodne obloge





KondenzatorNa kondenzator se, preko otpornika, prikljuci baterija napona VS

baterija

otpornik

kondenzator





KondenzatorRazdvajanje naelektrisanja

tok elektrona

obloga sa manjkom elektrona

je pozitivno naelektrisana Baterija ulae rad, usledkoga elektroni sa jedneobloge kondenzatora pre-laze na drugu. Zbog togajedna obloga kondenza-tora postaje pozitivno na-elektrisana, a druga nega-tivno. Kao posledica, iz-medu obloga se javlja ra-zlika potencijala.





KondenzatorPrestanak procesa

Proces se zaustavljakada razlika potencijalaizmedu obloga postanejednaka naponu VS. Kaese da se kondenzatornapunio na vrednostnapona VS.





KondenzatorAkumulacija energije

Kada se baterija otkaci, iz-medu obloga ostaje razlikapotencijala. Teorijski, kon-denzator bi mogao da ostanenapunjen beskonacno dugo.Realno, kondenzator u koluce se postupno isprazniti krozdielektrik, jer nema idealnogdielektrika.

Kondenzator akumulira energiju u elektrostatickom polju iz-medu obloga (tj. u dielektriku).





KondenzatorKapacitivnost

Kolicina naelektrisanja na oblogama kondenzatora linearno je sra-zmerna primenjenom spoljanjem naponu V:

Q = CV , (1)

pri cemu je konstanta proporcionalnosti C kapacitivnost konden-zatora. Jedinica za kapacitivnost je farad (F).Kapacitivnost kondenzatora cije su obloge povrine S i debljinadielektrika d se moe izraziti kao:

C = "0"rS

d, (2)

pri cemu je "0 = 8,85 1012 F m1 dielektricna konstanta vaku-uma, a "r je relativna dielektricna konstanta dielektrika.





Kondenzator









KondenzatorPodela

Kondenzatori se mogu podeliti prema:1 kapacitivnosti:

kondenzatori stalne kapacitivnosti;kondenzatori promenljive kapacitivnosti;

2 vrsti deielektrika:keramika;liskun;staklo;papir;teflon, polisulfon;polistiren (stirofleks), poliester, polikarbonat, polipropilen;elektrolit (cvrsti i tecni);





KondenzatorKondenzatori stalne kapacitivnosti

Osnovni parametri:

Nazivna (nominalna) kapacitivnost.

Tolerancija (klasa tacnosti).

Nazivni (nominalni) radni napon.

Nazivna kapacitivnost se izraava u F (npr. 33 nF, 47 pF, 1F).Tolerancija predstavlja odstupanje u odnosu na vrednost nazivnekapacitivnosti i izraava se u procentima (npr. 10%). Nazivninapon predstavlja maksimalni napon pri kome kondenzator moepouzdano da radi i izraava se u V (npr. 63 V).





Kondenzatori stalne kapacitivnostiStandardne vrednosti kapacitivnosti

Standardne vrednosti kapacitivnosti su u opsegu 1 pF1 mF. Vred-nosti kapacitivnosti se, slicno kao i vrednosti otpornosti, poja-vljuju u nizovima. Na primer: 10, 12, 15, 18, 20, 22, 27, 33, 39,47, 51, 56, 68, 82F. Tipicne vrednosti tolerancija kapacitivnostisu 5%, 10% i 20%.

Posebna vrsta kondenzatora su superkondenzatori (supercap), cijekapacitivnosti mogu biti i do vie desetina F.

Ne pojavljuju se sve vrste kondenzatora u svakom opsegu stan-dardnih vrednosti kapacitivnosti! Na primer, liskunski kondenza-tori imaju kapacitivnost u opsegu 1 pF47 nF.

Postoji vie nacina oznacavanja kondenzatora, u zavisnosti od vr-ste, namene i dimenzija kucita1.

1Detalji se mogu naci u preporucenoj literaturiZ. Prijic Elektronske komponente




Kondenzatori stalne kapacitivnostiRedna i paralelna veza kondenzatora

Za rednu vezu: Ce =1

1C1

+

1C2

= C1C2C1 + C2

;

Za paralelnu vezu: Ce = C1 + C2.





Kondenzatori stalne kapacitivnostiIlustracija principa rada kapacitivnog ekrana osetljivog na dodir

kolo za merenje

kapacitivnosti

ekran osetljiv

na dodirkolo za merenje

kapacitivnosti

Postoji vie razlicitih implementacija i tehnika za detekciju pro-mene kapacitivnosti, kojima se omogucava prepoznavanje ne samotacaka dodira, vec i gestova.





Kondenzatori stalne kapacitivnostiNazivni napon (Rated Voltage)

Vrednost nazivnog napona pre svega zavisi od vrste dielektrikakoji se nalazi izmedu obloga kondenzatora, kao i od rastojanjaizmedu obloga. Ako se na kondenzator dovede napon veci odnazivnog, elektricno polje izmedu obloga ce izazvati proboj die-lektrika, to nepovratno razara njegovu strukturu. Posledice poelektricno kolo mogu biti kratak spoj ili prekid, u zavisnosti odvrste kondenzatora i konfiguracije kola.





Kondenzatori stalne kapacitivnostiDielektricna cvrstoca (Dielectric Strength)

Probojni napon je odreden osobinom dielektrika koja se nazivadielektricna cvrstoca:

Materijal Dielektricna cvrstoca (kV/cm)Vazduh 30

Ulje 150Keramika 390

Impregnirani papir 470Teflon 590Liskun 590Staklo 790





Kondenzatori stalne kapacitivnostiDielektricna cvrstoca i probojni napon - primer

Kondenzator sa keramikom kao dielektrikom.

Ako je rastojanje izmedu obloga kondenzatora 1 mm, pro-bojni napon je 39 kV.

Ako je rastojanje izmedu obloga kondenzatora 6,5m, pro-bojni napon je 250 V.

U praksi uvek treba upotrebiti kondenzator sa vecim nominalnimnaponom od maksimalnog napona koji je predviden za njegovopunjenje u kolu. Sigurnosti radi, proizvodaci nominalni naponnajcece definiu na manju vrednost od probojnog napona (ti-picno 2-2,5 puta manju).





Kondenzatori stalne kapacitivnostiPodela prema polarizaciji

Podela prema polarizaciji:

nepolarizovani

polarizovani

Elektricni simboli:

nepolarizovani polarizovani





Kondenzatori stalne kapacitivnostiPolarizovani kondenzatori

Polarizovani kondenzatori imaju pozitivnu i negativnu elek-trodu. Pozitivna elektroda se prikljucuje na pozitivan krajjednosmernog naponskog izvora, a negativna na negativni.Obrnuta polarizacija nije dozvoljena i unitava kondenzator(uz eksploziju)!






Polarizovani kondenzatori kao dielektrik sadre elektrolit, u tec-nom ili cvrstom stanju. Najcece su u upotrebi:

aluminijumski elektrolitski kondenzatori;

tantalni kondenzatori.

Obe vrste kondenzatora kao dielektrik mogu sadrati i polimer, ukom slucaju se nazivaju aluminijumski polimerni i tantalni poli-merni, respektivno.

Za ove kondenzatore su karakteristicne relativno velike vredno-sti kapacitivnosti (vece od 0,1F), kao i relativno mali nazivninaponi (tipicno od nekoliko desetina do nekoliko stotina V).






Aluminijumski elektrolitski kondenzatori u kucitima sa izvodima:

oznake polariteta

kapacitivnost

nazivni napon

Negativni izvod je kraci od pozitivnog.





Kondenzatori stalne kapac

Predavanja_01 Elektronske komponente

Documents

Transcript of Predavanja_01 Elektronske komponente