Elektronika

1. Elektronika Az elektronika passzív alkatrészei

2. Előadás tartalma • Passzívéselektromosellenállásokfajtái, tulajdonságaik • Kondenzátorok fajtái, tulajdonságaik • Tekercsekfajtái, tulajdonságaik

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

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

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

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

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

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

9. Rétegellenállások

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

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

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

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

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

15. Nyúlásmérőbélyeg • Az iparban leggyakrabban alkalmazott átalakító • A félvezető alapú nyúlásmérők elterjedőben • Hőmérsékletfüggést kompenzálni kell: • Teljes hidas kapcsolás • Aktív/passzív szenzorok a semleges szálban • g = gauge-faktor, átalakítási tényező • R0 = a bélyeg terheletlen ellenállása • ΔR = az ellenállás változás mértéke erő hatására

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

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

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

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

20. Kondenzátorok • Töltéstárolási képesség • Ɛ = dielektromos állandó (permittivitás) • A = tároló lemezek felülete • d = tároló lemezek távolsága • Ɛ0= vákuum dielektromos állandója ( ~8,855*10-12As/Vm) • Ɛr= dielektromos állandó • Lemezek közötti szigetelőanyag tulajdonságai: • Véges szigetelési ellenállás • Fajlagos ellenállása nagy, nem végtelen

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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