Osnove Elektronike Za Drugi Razred Srednjih Stručnih Skola

OSNOVE ELEKTRONIKE Za drugi razred srednjih škola elektrotehničke struke

Uvod Elektronika je dio elektrotehnike koji proučava uređaje i njihove sastavne djelove,čije se djelovanje zasniva na pojavama nastalim pri kretanju elektrona i električnih nabijenih čestica.

Atom i elektron me=1,911*10-31 kg

masa elektrona

mp=1836,5*me

masa protona

e- 1,6*10-19c

naelektrisanje elektrona

c-kulon

Atom je najsitnija čestica neke materije koja zadržava njena svojstva.Postoje razni modeli atoma ,najčešde se koristi BOROV(Nil Bor)model atoma.Prema ovom modelu atom se sastoji od jezgre i omotača.Jezgra se sastoji od pozitivno naelektrisanih čestica –PROTONA i neutralno naelektrisanih čestica – NEUTRONA.

1

Oko jezgre kreču se elektroni koji formiraju omotače ili ljuske.U nepobuđenom stanju atom ima jednak broj protona i elektrona.

Energija elektrona i energetski nivoi n=2k

maksimalan broj elektrona u svskoj ljusci

k-redni broj ljuske n-broj elektrona

ENERGETSKI NIVOI ELEKTRONA PREDSTAVLJENI SU KONCETRIČNIM KRUGOVIMA SA JEZGROM U CENTRU ATOMA

Energetski nivoi obilježavaju se slovima K,L,M,N,O,P,Q. Između energetskihnivoa nalaze se zabranjene zone u kojima se elektroni ne mogu zadržavati.Elektroni koji su udaljeniji od jezgre imaju vedu energiju od elektrona koji su bliže jezgri.Elektroni koji se nalaze u posljednjoj ljusci nazivaju se VALENTNI ELEKTRONI.Kada valentni elektron dobije određenu količinu energije on napusti svoj atom i naziva se SLOBODNI ELEKTRON.

2

Valentni elektroni imaju energiju manju ud slobodnih.Radi lakšeg predstavljanjaenergija elektron a djeli se na tri zone ,to su valentna,zabranjena i slobodna zona.Valentni elektroni imaju energiju koja spada u valentnu zonu.Zabranjena zona predstavlja onu količinu energije koja je potrebna valentnim elektronima da bi postali slobodni.Prema tome sve msterijale možemo podjeliti u tri grupe.One koji dobro provode struju, i one koji ne provode električnu struju,to su provodnici i izolatori.Između ove dvijegrupe nalaze se puluprovodnici.Kod izolatora je širina zabranjene zone veoma velika pa je valentnim elektronima potrebna ogromna količina energije da bi postali slobodni.A slobodni elektroni učestvuju u proticanju struje.

Kod poluprovodnika je zabranjena zona znatno manja nego kod izolatora što znači da imaju znatno bolje uslove za provođenje električne struje.Kod provodnika se dodiruju valentna i slobodna zona ,odnosno nema zabranjene zone.Što znači da provodnici ved pri normalnim temperaturnim uslovima imaju jako veliki broj slobodnih elektrona to jest nosilaca naelektrisanja.

Proticanje električne struje

3

U proticanju električne srtuje mogu da učestvuju samo slobodni elektroni a usmjereno kretanje slobodnih elektrona predstavlja električnu struju.Stvarni smjer slobodnih elektrona je od je od negativnog ka pozitivnom polu izvora napajanja.To se razlikuje od tehničkog smjera struje.Tehnički smjer struje je od tačke višeg prema tački nižeg potencijala.

Poluprovodnici Šupljine

Elektron koji napusti svoj atom naziva se slobodan elektron.Slobodan elektron iza sebe ostavlja pozitivan atom(pozitivan jon).Slobodan elektron u pozitivnom jonu iza sebe ostavlja prazno mjesto koje nazivamo šupljina.Zbog lakšeg prikaz šupljini se daje masa i naelektrisanje.Masa šupljine jednaka je masi elektrona, a naelektrisanje joj je pozitivno.Za šupljine kažemo da se kreču u smjeru suprotnom od kretanja elektrona.

4

Čisti poluprovodnici Poluprovodnici (dioda,tranzistor i sl.) se izrađuju od poluprovodničkih materijala.To s u čvrsta tijela,dio fizike koji ih proučava naziva se fizika čvrstog stanja.Otpor ovih materijala se krede između otpora provodnika i otpora izolatora.Materijali od kojih se izrađuju poluprovodnici su najčešde Germanij i Silicij.Poluprovodnički materijali imaju kristalnu strukturu.to znači da imaju pravilan raspored atoma,odnosno molekula, koji obrazuju kristalnu rešetku.Germanij i Silicij su četvetovalentni ,atom Germanija i Silicija ima četiri elektrona u zadnjoj ljusci.Između atoma formiraju se veze koje se na zivaju kovalentne veze.U kovalentnim vezama učestvuju valentni elektroni.Kovalentna veza se formira tako što se poklapaju putanje elektrona koje formiraju tu vezu.kod čistih poluprovodnika svi elektroni učestvuju u kovalentnim vezama.Tako da nema slobodnih elektrona.Čisti poluprovodnik ne provodi električnu struju.

Kod čistog poluprovodnika podjednak je broj šupljina i slobodnih elektrona.Broj slobodnih elektrona u čistom poluprovodniku je nedovoljan,zbog čega se koristi za proizvodnju elektronskih elemenata.Broj slobodnih elektrona je znatno vedi za potrebe izrade poluprovodničkih elektronskih elemenata.Povedanje broja slobodnih elektron postiže se dodavanjem primjesa(nečistoda) čistom poluprovodniku.

N-tip poluprovodnika N-tip poluprovodnika dobije se kada se posebnim tehnološkim procesom Germaniju ili Siliciju dodaju primjrse nekog petovalentnog elementa (oksigen, arsen, antimon, fosfor). Atomi primjesa nazivaju se donori.Četiri elektrona petovalentnog elementa sa četri strane obrazuju kovalentne veze sa susjednim elekrtonim germanija ili silicija.Peti elektron je vezan za svoj atom.Njemu je potrebn vrlo mala količina energije da postane slobodan,tako da su ved pri temperaturi 20oC svi elektroni slobodni.Za poluprovodnike N-tipa kažemo dasu im vedinski(glavni)nosioci naelektrisanja elektroni a manjinski(sporedni)nosioci naelektrisanja šupljine.Unošenje petovalentnih primjesa daje slobodan elektron.Proces dodavanja primjesa čistom poluprovodniku naziva se obogadivanje poluprovodnika. 5

.

P-tip poluprovodnika Ako se čistom poluprovodniku dodaju primjese trovalentnih elemenata dobije se p-tip poluprovodnika.Primjese su najčešde:aluminij,galij,indij,bor.Atom primjese je okružen atomima osnovnog četverovalentnog elementa poluprovodnika.Da bi formirao kovalentne veze on privlači jedan elektron iz susjednog atoma,koji iza sebe ostavlja šupljinu.Primjese se nazivaju akceptori.Svaki atom akceptora izaziva pojavu šupljina.Za p-tip poluprovodnika kažemo da su mu vedinski nosioci naelektrisanja šupljine a manjinski nosioci naelektrisanja elektroni.Poluprovodnici P ili N tipa nisu naelektrisana tijela,jer im je jednak broj pozitivnih i negativnih naelektrisanja.

PN spoj PN spoj se dobije kada se posebnim tehnološkim postupkom spoje polupovodnici P i N tipa.

6

U okolini dodirne površine slobodni elekrtoni zauzimaju mjesta u šupljinama.Tako da se oko dodirne površine formira tanki sloj poluprovodnika koji nema slobodnih elektrona ni šupljina.Ovaj sloj se naziva zaporni sloj ili potencijalna barjera.

Direktno polarisan P-N spoj P-N spoj može biti nepolarisan,direktno polarisan i inverzno polarisan.P-poluprovodnik i N-poluprovodnik dobro provode struju i ponašaju se kao provodnici.Zaporni sloj ne provodi struju i ponaša se kao izolator.Rekombinacija je proces kojim elektron zauzima slobodno mjesto u šupljini.PNspoj je direktno polarisan kada je na P-poluprovodniku priključen pozitivan pol izvora napajanja,a na N-poluporovodnik negativan pol izvora napona napajanja.Tada dolazi do kretanja vedinskih nosilaca naelektrisanja,sužava se zaporni sloj sve dok ne nestane.Struja protiče bez slabljenja,to zna či da je otpor direktno polarisanog PN-spoja jednak nuli.Struja kroz direktno polarisan PN-spoj naziva se direktna struja.Direktno polarisan PN-spoj još se naziva i propusno polarisan PN-spoj.

Inverzno polarisan PN-spoj Inverzno polarisan PN-spoj dobije se kada se na P-poluprovodnik priključi negativan pol izvora a na N –poluprovodnik pozitivan pol izvora napona napajanja.Vedinski nosioci naelektrisanja(šupljine u P i elektroni u N poluprovodniku)koncentrišu se prema krajevima poluprovodnika,dalje od sodirne površine,širi se zaporni sloj.Otpor inverzno polarisanog PN-spoja je beskonačan.Struja ne protiče kroz inverzno polarisan PN-spoj.Kroz zaporni sloj prođu samo manjinski nosioci naelektrisanja i formiraju struju koja se naziva inverzna struja zasidenja.Ova struja je zanemarljivo male vrijednosti.Inverzno polarisan PN-spoj se još naziva i nepropusno polarisan PN-spoj.

7

Proboj PN-spoja Kada se na Pn-spoj dovede veliki inverzni napon ved od neke kritične vrijednosti koja se određuje za svaki tip PN-spoja,nastupa proboj PN-spoja.Kritična vrijednost napona naziva se napon proboja.Postoje destruktivni i nedestruktivni proboji PN-spoja.Kod destruktivnog proboja dolazi do trajnog oštečenja PN-spoja,a kod nedestruktivnog proboja ne dolazi do oštečenja PNspoja.Nedestruktivni proboji PN-spoja su:tunelski efekat i lavinski efekat. Tunelski efekat-javlja se kod PN-spojeva sa malom širinon zapornog sloja.Tunelski efekat je ustvari pojava da elektron prođe kroz zaporni sloj iako nema dovoljnu količinu energije,na taj način povedava se broj slobodnih elektrona u zapornom sloju i naglo raste inverzna struja. Lavinski efekat-nastaje u PN-spojevima sa širim zapornim slojem i vedim inverznim naponima.Zbog jakog elektrostatičkog polja elektroni dobijaju veliku kinetičku energiju i odgovarajuče ubrzanje.Kada se sudaraju sa valentnim elektronima u zapornom sloju,oni svoju energiju predaju tim valentnim elektronima ,koji opet dobijaju veliku količinu energije oslobađajuči ved broj elektrona .Tako se broj slobodnih elektrona naglo povečava,odnosno cijeli proces podsjeda na lavinu.pri vedim temperaturama probojni napon PN-spoja je manji.

ELEKTRONSKI ELEMENTI Elektronski elementi su najmanji dijelovi elektronskih uređaja i sklopova.svi elektronski elementi se dijele na aktivne i pasivne.Aktivni elektronski elementi imaju sposobnost pojačavanja signala.To su najčešde tranzistori i tiristori.Pasivni elektronski elementi smanjuju vrijednost signala kada protiče kroz njih.Pasivni elektronski elementi su:otpornici,zavojnice,kondenzatori,transformatori.Pod signalom se podrazumjeva električna struja,napon ili snaga.

Otpornici

Otpornici su pasivni elektronski elementi koji pretvaraju električnu energiju u toplotnu.Osnovna uloga u elektronskim kolima im je da vrše regulaciju jačine struje i ostvare određen pad napona.

Osnovna veličina koja karakteriše otpornik je njegova otpornost i daje se u omima(Ω).U praksi se još koriste i vrijednosti kiloom(kΩ) i megaom(MΩ).Osnovna podjela otpornika je na linearne i nelinearne.Kod linearnih otpornika vrijednost otpora je konstantna bez obzira na vanjske uticaje.Kod nelinearnih otpornika otpor se mijenja pod djelovanjem nekog vanjskog faktora(vlaga,svjetlost,temperatura i sl.). 8

Linearni otpornici Linearni otpornici mogu biti stalni i promjenjljivi.Stalni otpornici ne mogu mijenjati svoju otpornost.Kod promjenjljivih otpornika otpornost se mijenja mehaničkim putem.Promjenljivi otpornici se nazivaju potenciometri.

Stalni otpornici mogu biti:žičani,slojni i od mase.Žičani otpornici se izrađuju od otporne žice koja ima veliki specifični otpor(cekas,kantal).Otporna žica se namotava na neko termoizolaciono tijelo u obliku cilindra.Otpor žičanih otpornika zavisi od dužine žice,debljine žice i vrste materijala.Žičani otpornici se izrađuju za vrijednosti otpora do 200 kΩ,snage do 200 W i radne temperature do 350°C.Odlikuju se velikom preciznošču i tačnošdu otpora.Koricte se u kolima gdje je potrebna veda snaga,nisu pogodni za primjenu na višim frekvencijama.Slojni otpornici izrađuju se tako što se na keramičko tijelo u obliku štapida nataloži otporni sloj od grafita.Ovi otpornici izrađuju se za vrijednosti otpora od nekoliko oma do nekoliko stotina megaoma.Snaga im se krede od 0,1W do 6W.Loša osobina im je što su zavisni od promjena temperature.Otpornici od mase izrađuju se tako što se ugljena prašina miješa sa nekim vezivnim sredstvom(smola,ljepilo i sl.)zatim se svs zapeče u posebnim pedima namjenjenim za to. Izrađuju se u obliku štapida na čijim krajevima se nalaze priključne žice.Vrijednost otpora im je od 10Ω do 10MΩ a snaga od 0,25 do 2W.

Promjenljivi otpornici su otpornici kod kojih se otpor može mijenjati mehaničkim putem.To mogu biti žičani i slojni promjenljivi otpornici(potenciometri).Kod žičanih potenciometara otpor se mijenja promjenom dužine žice tako što klizni kontakt odabire broj namotaja.Kod slojnih otpornika otpor se mjienja promjenom veličine otpornog sloja.Posebna vrsta promjenljivih otpornika su trimerpotenciometri,to su promjenljivi otpornici kod kojih se otpor rijetko mijenja,a kada se mijenja to se vrši odvijačem.

9

Nelinearni otpornici Nelinearni otpornici su otpornici na čiju otpornost djeluju neki vanjski faktori.Predstavnici nelinearnih otpornika su: termistori,varistori,magnetni otpornici,fotootpornici.

Termistori su nelinearni otpornici kod kojih se otpor mjenja sa porastom temperature

Termistori mogu biti sa pozitivnim temperaturnim koeficientom(PTC),ili sa negativnim temperaturnim koeficientom(NTC).Kod PTC termistora dolazi do povedanja otpora kada se zagriju,a kod NTC otpor se smanjuje kada se zagriju.Postoje termistori sa direktnim zagrijavanjem i sa indirektnim zagrijavanjem. Termistori sa direktnim zagrijavanjem sami sebe zagrijavaju prilikom proticanja električne struje kroz njih.Termistori sa dodatnim zarijavanjem imaju dodatnu spiralu koja zagrijava termistor.Termistori se koriste u sistemima za signalizaciju,automatsku regulaciju ili mjerenja.

Varistori su nelinearni otpornici kod kojih se otpor smanjuje sa porastom napona.

10

Varistori se koriste za stabilizaciju malih napona, kod prekidača za prigušivanje iskre,za zaštitu potrošača od napona vedih od dozvoljenih.Na sljedecoj slici prikazana je zaštita potrošača od visokih napona pomodu varistora.

U koliko priključeni napon pređe nazivnu vrijednost Un otpor varistora opadne i kroz njega proteče jača struja,na taj način se zaštiti potrošač Rt.

Magnetni otpornici mijenjaju svoj otpor ako su izloženi djelovanju promjenljivog magnetnog polja,otpor im raste sa povedanjem gustine magnetnog fluksa.Na elektrone koji se kredu u magnetnom polju djeluje i magnetna sila okomito na smijer kretanja elektrona.Time se otpor magnetnog otpornika povadava kada se nalazi u magnetnom polju.

Parametri otpornika Parametri otpornika su karakteristične veličine koje opisuju kvalitet otpornika.Zavisno od primjene proizvođači daju potrebne parametre za neki otpornik.Parameti otpornika su: 1. nazivna (nominalna) vrijednost otpora 2. tolerancija 11

3. nazivna (nominalna) snaga 4. nazivni (nominalni) napon 5. šum otpornika 6. frekventna karakteristika 7. temperaturno radno područje Nazivna otpornost je vrijednost otpora otpornika.To je osnovni parametar otpornika idaje se u kiloomima(kΩ) i megaomima(MΩ).Nazivna vrijednost obilježava se na tijelu otpornika. Tolerancija predstavlja najvede dozvoljeno odstupanje od nazivne vrijednosti otpornika,daje se u procentima(%).Tolerancija se takođe obilježava na tijelu otpornika. Nazivna snaga predstavlja količinu toplote koju isijava otpornik u jedinici vremena pri temperaturi okoline od 20°C. Nazivni napon je napon na koji je otpornik priključen ,pri čemu isijava količinu toplote definisanu nazivnom snagom. Šum otpornika manifestuje se kao neželjeni napon na krajevima otpornika,daje se u mikrovoltima(µV) Frekventna karakteristika prikazuje uticaj frekvancija na otpornost otpornika,jer sa porastom frekvencije otpornost opada.Otpornik se koristi sve dok mu otpor ne opadne na 90% nazivne vrijednosti.

Obilježavanje otpornika 5E=5Ω 5k=5kΩ

5M=5MΩ 6k=6kΩ

6K2=6,2kΩ 3M2=3,2MΩ

4k2=4,2kΩ 9E3=9,3Ω

Otpornici se označavaju slovima i brojevima ili bojama.Otpornici vedih dimenzija na svom tijelu imaju odštampane najvažnije parametre.To su najčešde nazivna otpornost,tolerancija i snaga.Nazivna vrijednost obilježava se slovom i brojem,pri čemu slovo E ožnačava jedinice Ω,k označava kiloome,a M označava megaome.Ako je slovo između broja onda ono predstavlja decimalni zarez,otpornici malih dimenzijaoznačavaju se pomoču prstenova u boji,gdj svaka boja predstavlja određenu vrijednost.Otpornik se obilježava sa 5 prstenova u boji.Prva tri prstena predstavljaju nazivnu vrijednost otpora,četvrti predstavlja toleranciju,a peti nominalnu snagu. Na sljededoj slici prikazana je tabela zančenja pojedinih boja na nekom mjestu.

12

BOJA crna smeđa crvena narandžasta žuta zelena plava ljubičasta siva bijela zlatna srebrena bez boje

1 PRSTEN prvi broj 1 2 3 4 5 6 7 8 9 -

POREDAK 2 PRSTEN drugi broj 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 -

BOJA I 3 PRSTEN faktor množenja 1 10 102 103 104 105 106 107 108 109 10-1 10-2 -

ZNAČENJE 4 PRSTEN tolerancija 0 ±1% ±2% ±3% ±4% ±5% ±6% ±7% ±8% ±9% ±5% ±10% ±20%

5 PRSTEN snaga 0,25W 1W 2W

0,5W

Kondenzatori Kondenzatori su pasivni elektronski elementi koji pretvaraju električnu energiju u elektrostatičku i obratno.Kondenzatori imaju sposobnost akumuliranja električne energije.Svojstvo kondenzatora imaju bilo koja dva provodnika međusobno razdvojena izolatorom.osnovna velečina koja karakteriše kondenzator je njegova kapacitivnost(kapacitet),oznaka je C,a daje se u Faradima(F).U parksi se koriste jedinice manje od Farada a to su mF,µF,nF,pF.U praksi se uglavnom koriste pločasti kondenzatori.Oni se sastije od dvije metalne ploče između kojih se nalazi izolator (dielektrik).

Formula za kapacitet kondenzatora glasi: C= ε0× ε r× Gdje je: C- kapacitet kondenzatora ε0-dielektrična konstanta vakuma

ε0=8,85×10-12

ε r-relativna dielektrična konstanta dielektrika s-površina ploča d-razmak između ploča Na sljededoj slici prikazana je građa kondenzatora.

13

Prema konstrukciji kondenzatori mogu biti pločastog,cjevastog,cilindričnog i lončastog oblika.

U kolima istosmjerne struje kondenzator predstavlja prekd u kolu,odnosno ima beskonačno veliki otpor.U kolima izmjenične struje sa porastom frekvencije otpor kondenzatora opada. X c= Kondenzatori mogu biti stalni i promjenljivi.

Stalni kondenzatori Stalni kondenzatori su kondenzatori kod kojih se vrijednost kapaciteta ne može mijenjati.Između ploča kondenzatora se nalazi dielektrik,najčešde je to papir,keramika,vakum itd.Prema tome stalni kondenzatori mogu biti: 1. papirni kondenzatori 2. keramički kondenzatori 3. liskumski kondenzatori 4. metalopapirni kondenzatori 5. elektrolitski kondenzatori Papirni kondenzatori se izrađuju od aluminijskih folija između kojih se kao dielektrik stavlja papir. Mnogo se koriste zbog jednostavne i jeftine izrade.Proizvode se kao cjevasti ili cilindrični kondenzatori.Kapactet zavisi od površine aluminijske folije,debljine i vrste papira.Proizvode se sa kapacitetima od 100pF do 10µF,sa tolerancijama ±5%,±10%,±20%.Radni napon se krede od 100V do 500V.

14

Kod keramičkih kondenzatora dielektrik je keramika,sa čijih strana su nataloženi srebreni slojevi,koji predstavljaju metalne ploče.Na srebrene slojeve zaleme se priključne žice.Proizvode se kao cjevasti ili kao lončasti kondenzatori. Liskunski kodenzatori kao dielektrik koriste liskun.Liskun se odlikuje velikim specifičnim otporom i širokim temperaturnim područjem rada.Najčešde se koriste u oscilatornim kolima. Metalopapirni kondenzatori su građeni slično kao papirni.Aluminijsku foliju zamjenjuju nataloženi slojevi metala.Prednost ovih kondenzatora je što su upotrebljivi i nakon probija. Elektrolitski kondenzatori se koriste samo u kolima istiomjerne struje.Ovi kondenzatoriimaju veliki kapacitet reda nekoliko stotina mikrofarada.Kod elektrolitskih kondenzatora na tijelu se ožnačava elektroda koja se priključuje na negativan pol izvora napajanja.

Parametri kondenzatora Parametri kondenzatora su: 1. nazivna kapacitivnost 2. nominalni napon 3. otpor izolacije 4. vremenska konstanta 5. ispitni napon Nazivna kapacitivnost ili kapacitet kondenzatora je osnovni parametar kondenzatora i daje se sa određenom tačnošdu.Tolerancija je maksimalno odstupanje od nazivne vrijednosti kapaciteta kondenzatora iznosi ±0,1%,±0,2%,±0,5%,±1%,±5%,±10%,±20%. Nominalni napon je maksimalna vrijednost napona pri kojem kondenzator dobro obavlja svoju funkciju.Ukoliko se nominalni napon prekorači može dodi do trajnih promjena karakteristika dielektrika ili do proboja dielektrika.prilikom proboja dielektrika kondenzator se ponaša kao kratak spoj.Na tijelo kondenzatora nanosi se vrijednost nazivnog napona. Otpor izolacije kondenzatora je otpor između obloga kondenzatora odnosno otpor dielektrika. Vremenska konstanta predstavlja vrijeme punjenja odnosno pražnjenja kondenzatora.To je vrijeme za koje se napon napunjenog kondenzator smanji na 37% vrijednosti od trenutka kada je pprepušten sam sebi.Vremenska konstanta dobije se u sekundama.

15

tk=R×C(s) tk-vremenska konstanta R-vrijednost otpora u omima(Ω) C-vrijednost kapaciteta kondenzatora u mikrofaradima(µF)

Zavojnice Zavojnice(kalem) su pasivni elektronski elementi koji pretvaraju električnu energiju u magnetnu i obrnuto,koriste se u kolima izmjenične struje,a za kola istosmjerne struje predstavljaju kratak spoj .

Zavojnice se sastoje od vedeg broja namotaja bakrene žice na nekom tijelu ili bez njega.Osnovna veličina koja karakteriše zavojnic ne njen induktivitet,a daje se u (H) Henrijima.Induktivnost je sposobnost zavojnice da se u njoj induktuje Ems(Elektro-magnetna sila) zbog promjene magnetnog fluksa izazvanom promjenom struje u zavojnici.Induktivnost zavojnice zavisi o broju namotaja,presjeka zavojnice i dužine zavojnice.Induktivnost zavojnice se računa po formuli : L=µ0µr

̇

L-induktivitet µ0-1,256×10-6 H/m -permeabilnost vakuma µr-relaativna magnetska permeabilnost materijala unutar kalema N-broj namotaja S-površina presjeka kalema (m2) -dužina zavojnice (m)

VoltAmperska karakteristika Volt-Amperska karakteristika je dijagram koji prikazuje zavisnost struje od napona.Na apscisu nanosi se napon a na ordinatu nanosi se struja.Ako je volt-Amperska karakteristika prava linija ond je u pitanju linearan elektronski element,ako je kriva linija onda je to nelinearan elektronski element. Volt-Amperska karakteristika se može odrediti računskim putem ili eksperimentalno mjerenjem. Na Volt-Amperskoj karaktetistici određuje se jedna tačka koja predstavlja trenutnu vrijednost struje i napona na tom elektronskom elemrentu ta tačka se naziva radna tačka.Ako su u pitanju istosmjerne struje i naponi onda je to statička radna tačka.Ako su u pitanju izmjenične struje i naponi onda je to dinamička radna tačka.Volt-Amperska karakteristika se često naziva UI karakteristika ili strujnonaponska karakteristika. 16

Primjer izračunavanja strujno naponske karakteristike: R=1kΩ U(V) 0 1 2 3 5 10 R= I(mA) 0 1 2 3 5 10 I=

U=1V R=1kΩ

I= I=

=1mA

Isti postupak za ostale vrijednosti

Diode Diode su poluprovodnički elektronski elementi sastavljeni od jednog PN-spoja sa dva izvoda.Izvod vezan za P poluprovodnik naziva se anoda(A),izvor vezan za N poluprovodnik naziva se katoda(K).

Dioda može biti direktno ili inverzno polarisana.Kada ja napon na anodi vedi od napona na katodi dioda je direktno polarisana,otpor joj je jednak nuli i struja prolazi bez slabljenja(idealna dioda). Kada je napon na anodi manji od napona na katodi,dioda je inverzno polarisana,otpor joj je beskonačan i struja ne protiče kroz diodu(idealna dioda).

Podjela dioda Podjela dioda se može izvršiti prema vrsti materijala od kojeg su napravljene,konstrukciji ili osobinama PN-spoja.Prema vrsti materijala od kojeg su napravljene diode se dijele na Germanijeve i Silicijeve.Volt-Amperska karaaaakteristika germanijevih i silicijevih dioda nije ista.Dozvoljeni temperaturni opseg za germanijeve diode je od -60°C do +80°C,a za silicijeve diode od -60°C do +150°C.Prema konstrukciji diode mogu biti tačkaste ili slojne.Tačkaste diode su starije izvedbe dioda.Probojni napon im je 100V,struja u direktnom smjeru do 0,5A, otpor pri direktnoj polarizaciji je od 50Ω do 200Ω,otpor pri inverznoj polarizaciji je od 0,5MΩ do 5MΩ. Slojne diode imaju mnogo vedu dodirnu površinu između P i N poluprovodnika.Ovo su novije izvedbe dioda.Zbog velike površine PN-spoja mogu propuštati velike struje pa se zbog toga često koriste u 17

ispravljačima.Kapacitet PN-spoja slojnih dioda krede se oko 10pf,otpor pri direktnoj polarizaciji je oko 1Ω,a pri inverznoj polarizaciji nekoliko megaoma.Probojni napon im je do 1000V,a struja do 100A. Prema osobinama PN-spoja i prema namjeni diode se dijele na:ispravljačke doide,cener diode,varikap doiode,prekidačke diode,tunel diode,fotodiode.

Zener diode

Zener(cener) diode su slojne diode koje imaju veliku širinu zapornog sloja.U elektronskin kolima koriste se kao inverzno poboljšanje.To znači da se radna tačka M smješta u tredi kvadrant,prikljušuju se naponi malo ved od probojnog.Napon koji određuje položaj radne tačke naziva se Zenerov napon. Proboj koji se javlja u cener diodi je lavinski efekat.Cener diode se uglavnom koriste za stabilizaciju jednosmjernog napona.

Tunel diode

Tunel diode su slojne diode sa velikom koncentracijom primjesa u P i N poluprovodniku.Tunel diode imaju Volt-Ampersku karakteriistiku drugačiju od ostalih dioda.Porastom napona od 0 do tačke A raste i struja.Od tačke A do tačke B sa porastom napona opada struja.Od tačke B struja raste sa porastom napona.Između tačke A i tačke B tunel dioda ima negativan dinamičkki otpor,tbog toga se radna tačka M smješta između tačaka A i B.Tunel diode se koriste u oscilatorima,impulsnim kolima,pojačavačima itd.

Varikap (kapacitivna) dioda

18

Varikap diode su slojne diode koje mijenjaju kapacitet sa porastom priključenog inverznog napona. To znači da se varikap diode u elektroničkom kolu priključuju inverzno.Kapacitet varikap dioda zavisi od površine dodirne površine,dielektrične konstante poluprovodnika.Sa porastom priključenog inverznog napona širi se zaporni sloj,odnosno opada kapacitet varikap diode.

C-kapacitet varikap diode Sp-površina dodirne površine d-širina

Primjena dioda u ispravljačima Poluvalno ispravljanje

Za vrijeme pozitivne poluperiode napon na anodi je vedi od napona na katodi,dioda je direktno polarisana i propušta struju bez slabljena.Za vrijeme negativne poluperiode dioda je inverzno polarisana i ne propušta struju.To praktično znači da dioda 'odsjeca' negativne poluperiode.Kroz potrošač protiče struja samo za vrijeme pola perioda,odnosno pola vala zbog toga se naziva poluvalno ispravljanje.

Punovalno ispravljanje 19

Kvalitet ispravljenog napona može se znatno poboljšati ako se primjeni punovalno ispravljanje.Postoje dva načina punovalnog ispravljanja: 1. punovalni ispravljač sa transformatorom sa srednjim izvodom na sekundaru i dvije diode 2. sa četiri diode u Grecovom spoju Transformatori sa uzemljenim izvodom,tačno na sredini sekundarnog namotaja,daje u odnosu na masu dva protufazna napona istih amplituda.

Za vrijeme pozitivne poluperiode napon Us1 je pozitivan a napon Us2 je negativan.Dioda D1 bit de direktno polarisana a dioda D2 inverzno polarisana.Struja de proticati kroz diodu D 1 i potrošač R t. Za vrijeme negativne poluperiode napon Us1 je negativan a napon Us2 pozitivan.Dioda D2 bit de direktno polarisana a dioda D 1 inverzno polarisana.Struja de praticati kroz diodu D 2 i potrošač Rt(odozgo prema dole).U oba slučaja struja kroz potrošač protiče u istom smjeru.Za razliku od poluvalnog ispravljanja,kod kojeg je dioda ''odsjecala'' negativne poluperiode,kod punovalnog ispravljanja su negativne poluperiode okrenute oko ose t i postale pozitivne poluperiode.Nedostatak 20

ovakvog ispravljača je što se polovi sekundarni napon i rijetko se proizvode transformatori sa srednjim izvodom na sekundaru.Češde se koriste četiri diode u Grecovom spoju.

Za vrijeme pozitivne poluperiode diode D 1 i D2 bit de direktno polarisane a diode D 3 i D4 bit de inverzno polarisane.Struja de proticati kroz diodu D 1 potrošač R t i diodu D2.Za vrijeme negativne poluperiode diode D1 i D2 bti de inverzno polarisane, a diode D 3 i D4 direktno polarisane.Struja de proticati kroz diodu D4 potrošač Rt i diodu D3.U oba slučaja struja kroz potrošač protiče u istom smjeru Odnosno pravi pad napona jednak za pozitivnu i negativnu poluperiodu.Na sekundaru transformatora. Na taj način dobije se punovalni istosmjerni signal.

21

Tranzistori

Tranzistor je poluprovodnički element sastavljen od tri sloja poluprovodnika P i N tipa naizmjenično poredani.Tranzistor ima tri izvoda to su emiter,baza i kolektor.Tranzistor ima dva PN-spoja.To su spojevi između baze i emitera, i baze i kolektora.Tranzistori se dijele u dvije grupe,to su bipolarni i unipolarni tranzistori.Kod bipolarnih tranzistora za njihov rad bitni su i vedinski i manjinski nosioci naelektrisanja.Kod unipolarnih tranzistora za njihov rad bitni su samo vedinski nosioci naelektrisanja. Unipolarni tranzistori se nazivaju još i tranzistori sa efektom polja koji se nazivaju FET i MOSFET. Bipolarni tranzistori su PNP i NPN.Večinski nosioci naelektrisanja kod PNP su supljine,a kod NPN tranzistora elektroni.PNP i NPN tranzistori obavljaju istu funkciju.Jedina razlika je u polaritetu priključenog napona i večinskim nosiocima naelektrisanja.

Režomi rada tranzistora

Zakočen tranzistor

aktivan tranzistor

zasiden tranzistor

22

2