Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu Orbis pictus 21. století

Lineární a nelineární prvky OB21-OP-EL-ELN-JANC-U-2-001

Lineární a nelineární prvky Elektronické obvody jsou konstrukční útvary vzniklé spojením elektronických součástek se zdrojem elektrické energie. Elektronická zařízení – zpracovávají signály buď analogové nebo číslicové (případně obojí), nebo tyto signály vytvářejí.

Lineární a nelineární prvky Obvodová součástka (elektronický prvek) – je neoddělitelná součást obvodu, která má přesně dané elektrické vlastnosti (paramerty). Chování obvodových součástek v elektronickém obvodu popisují obvodové veličiny, jako např. napětí u a proud i. Elektronický obvod

Lineární a nelineární prvky Součástky můžeme posuzovat podle několika hledisek. 1. podle voltampérové charakteristiky: lineární prvky – jejich základní parametr (kapacita, indukčnost) nezávisí na procházejícím proudu či napětí, mají lineární V-A charakteristiku a platí zde Ohmův zákon nelineární prvky – existuje u nich závislost základního parametru na procházejícím proudu nebo přiloženém napětí. Chování těchto prvků se znázorňuje graficky tzv. voltampérovou charakteristikou. Jedná se o křivku závislosti proudu, který prvkem protéká na přiloženém napětí nebo opačně.

Lineární a nelineární prvky Lineární a nelineární závislost proudu i na napětí u

Lineární a nelineární prvky 2. z hlediska množství vývodů, kterými je prvek připojen do obvodu, rozeznáváme: dvoupóly- odpory, diody čtyřpóly - transformátory vícepóly - integrované obvody 3. z energetického hlediska prvky dělíme na: pasivní – mají elektrické vlastnosti stálé a nezávislé na přiváděném proudu či napětí. V obvodu se chovají jako spotřebiče elektrické energie (odpor, kondenzátor). aktivní – jejich elektrické vlastnosti jsou proměnlivé a řiditelné změnou napětí nebo proudu přivedeného na jejich vývody. V obvodu se chovají jako zdroje (tranzistory, některé druhy diod apod.).

Lineární a nelineární prvky Poměry, za kterých je prvek v elektrickém obvodu provozován, označujeme jako pracovní bod. Ten je určen napětím a proudem na prvku při jeho činnosti v obvodu. Statický odpor – v jistém pracovním bodě je určen jako poměr napětí a proudu, které tomuto bodu odpovídají. Dynamický odpor – v určitém pracovním bodě je definován jako podíl změny napětí v okolí pracovního bodu a změny proudu odpovídající této změně napětí.

Obvodové součástky Jako lineární obvodové součástky se používají rezistory, kondenzátory, cívky a transformátory. Jako nelineární prvky se používají především polovodičové součástky jako některé druhy diod, tranzistory a cívky se železným jádrem.

Obvodové součástky Rezistory – v ideálním případě vykazují nezávisle na pracovních podmínkách čistě reálný odpor. Kondenzátory – ideální kondenzátor má jen kapacitu, posouvá fázi o 90 a nemění elektrickou energii v teplo. Kondenzátor se skládá ze dvou elektrod oddělených dielektrikem. Dielektrický materiál určuje vlastnosti kondenzátoru.

Rozdělení rezistotů Podle provedení rozdělujeme rezistory na: PEVNÉ – jejich odpor se nemění. Tyto dále rozdělujeme na: Drátové Vrstvové Rezistory pro povrchovou montáž PROMĚNNÉ – dá se u nich měnit plynule odpor v určitém rozsahu. Dělíme je na potenciometry a odporové trimry.

Rozdělení rezistotů Potenciometry – kontakt běžce je mechanicky přitlačen k odporové dráze. Odporová dráha je buď drátová nebo vrstvová. Podle průběhu odporové dráhy v závislosti na úhlu natočení sběrače jsou: lineární – mají lineární stupnici a označují se písmenem N nelineární – nemají lineární stupnici a jsou: s logaritmickou stupnicí – označují se G s logaritmickou stupnicí s pevnou odbočkou v 1/3 dráhy otáčení – označují se Y s logaritmickou stupnicí s pevnou odbočkou v 2/3 dráhy otáčení – označují se F s exponenciální stupnicí - označují se E

Průběhy odporové dráhy potenciometrů Rozdělení rezistorů Průběhy odporové dráhy potenciometrů

Rozdělení rezistotů Odporové trimry – mají odporovou dráhu stejného složení jako vrstvové potenciometry, ale nejsou určeny k mnohonásobnému přestavování polohy běžce. Slouží pro nastavování velikosti proudu, pracovního bodu apod.

Rozdělení kondentátorů Podle konstrukčního provedení rozdělujeme kondenzátory na: A) PEVNÉ – jsou tvořeny dvěma kovovými elektrodami, oddělenými od sebe tenkou vrstvou izolantu – dielektrikem. U běžných kondenzátorů jsou elektrody z hliníkové fólie a dielektrikem je impregnovaný papír. B) PROMĚNNÉ – tvoří dvě skupiny - Ladící kondenzátory – pro časté ladění obvodů - Dolaďovací kondenzáítory – pro občasné doladění obvodů C) KONDENZÁTORY SMD – pro techniku povrchové montáže

Rozdělení pevných kondenzátorů Podle druhu použitého dielektrika pevné kondenzátory dělíme na: s papírovým dielektrikem s metalizovaným papírem s plastickou fólií slídové keramické elektrolytické tantalové

Obvodové součástky Cívky jsou součástky, jejichž podstatou je vodič navinutý do tvaru šroubovice nebo spirály. Základní vlastností cívky je vlastní indukčnost. Ideální cívka posouvá napětí o 90 před proud při procházejícím střídavém proudu. Cívky nejsou standardizovány. Provedení cívek cívky bez jádra cívky s jádrem vysokofrekvenční cívky s jádry nízkofrekvenční tlumivky

Rozdělení cívek podle použití: - cívky pro ladící okruhy a filtry - tlumivky podle velikosti magnetické permeability jádra: - vzduchové - s magnetickým jádrem - s otevřeným magnetickým obvodem - s polouzavřeným magnetickým obvodem - s uzavřeným magnetickým obvodem

Rozdělení cívek podle druhu vinutí - s vrstvovým vinutím - křížově vinuté - s hrázovým nebo pyramidovým vinutím - s vinutím v sekcích podle pracovního kmitočtu - nízkofrekvenční - vysokofrekvenční

Rozdělení cívek Druhy vinutí cívek

Obvodové součástky Rezistory, kondenzátory a cívky jsou lineární prvky. Jejich voltampérovou charakteristikou je přímka.

Transformátory Transformátor je elektrický netočivý stroj, který umožňuje přenášet elektrickou energii z jednoho obvodu do jiného pomocí vzájemné elektromagnetické indukce. Používá se většinou pro přeměnu střídavého napětí (např. z nízkého napětí na vysoké) nebo pro galvanické oddělení obvodů. Transformátory se skládají z uzavřeného magnetického jádra, na němž je cívka se dvěma nebo více vinutími. Vstupní vinutí se nazývá primární, výstupní sekundární. Průtokem střídavého proudu primárním vinutím vzniká v důsledku magnetické indukce v sekundárním vinutí střídavé elektrické napětí a po připojení zátěže jím protéká elektrický proud.

Transformátory Podstatnou částí transformátoru je magnetický obvod, která vede magnetický tok. Magnetický obvod je složen s elektrických plechů. Rozeznáváme transformátory: jádrové – vinutí obklopují plechy plášťové plechy obklopují vinutí

Transformátory Jednofázové výkonové transformátory a) jádrový, b) plášťový, c) jádroplášťový

Schéma jednofázového transformátoru Transformátory Schéma jednofázového transformátoru Transformační poměr p je dán vztahem: Transformátory se používají i ve třífázovém vyhotovení.

Děkuji za pozornost Ing. Ladislav Jančařík

Literatura J. Chlup, L. Keszegh: Elektronika pro silnoproudé obory, SNTL Praha 1989 M. Bezděk: Elektronika I, KOPP České Budějovice 2002 D. Mayer: Úvod do teorie elektrických obvodů, SNTL Praha /ALFA Bratislava 1978