Otázky ELN Hotovo

Dodělat

1. Důležité zákony, definice, vztahy pro elektroniku, jejich aplikace

2. Rezistory

3. Kondenzátory

4. Cívky 5. Polovodičové součástky 6. Diody 7. Bipolární tranzistory 8. Unipolární tranzistory

9. Tyristory, triaky

10. Zdroje

11. Usměrňovače

12. Filtrace a stabilizace napětí a proudu

13. Spínané zdroje

14. Zesilovače

15. Operační zesilovače

16. Klopné obvody s tranzistory

17. Vysílací a přijímací řetězec amplitudových modulací

18. Vysílací a přijímací řetězec frekvenčních modulací

19. Vysílací a přijímací řetězec barevných televizních přijímačů

20. Zobrazovače

21. Oscilátory

22. Generátory

23. Součástky pro měření neelektrických veličin

24. RLC obvody

25. Optoelektronika

26. Šíření elektromagnetických vln

27. Antény

28. Přijímače

29. Vysílače

30. Číslicová technika – teorie obvodů

1. Důležité zákony, definice, vztahy pro elektroniku, jejich aplikace

Důležité zákony

Ohmův zákon Jedná se o jeden ze základních zákonů elektrotechniky Popisuje vztah mezi napětím U na rezistoru s odporem R a elektrickým proudem I, který rezistorem protéká. Pro jednotlivé veličiny platí:

Z předchozích vztahu je vidět:

napětí na rezistoru je přímo úměrně proudu. který rezistorem protéká. Je­li tedy odpor R stálý (konstantní) a proud I zvýšíme např. dvakrát. vzroste napětí na rezistoru Una dvojnásobek

velikost proudu I je přímo úměrná napětí U a nepřímo úměrná odporu R. Je­li napětí U stálé a odpor R zvýšíme např. třikrát. klesne procházející proud I na třetinu. V případě. že odpor R je konstantní a napětí U zvýšíme např. třikrát. vzroste procházející proud I na trojnásobek.

Dělič napětí

Pro napětí U1 platí vztah:

Pro napětí U2 platí vztah:

Např. pokud R1 = R2 pak platí vztah:

Pro nezatížený napěťový dělič, sestavený z libovolného počtu rezistorů n řazených v sérii, platí: Zkoumané napětí Ui na zvoleném rezistoru děliče Ri stanovíme, když napájecí napětí celého řetězce rezistorů děliče U násobíme hodnotou odporu zvoleného rezistoru Ri a dělíme součtem hodnot odporů všech rezistorů zkoumaného napěťového děliče R1 až Rn.

Théveninův teorém Lineární obvod obsahující libovolný počet zdrojů a rezistorů můžeme z hlediska jedné

uzlové dvojice (výstupních svorek) nahradit sériovým spojením ideálního zdroje napětí U0 a rezistoru Ri

Napětí náhradního zdroje U0 je rovno tzv. napětí naprázdno. (Napětím naprázdno nazýváme napětí na uzlové dvojici, ze které neodebíráme žádný proud.)

Náhradní odpor R je roven odporu, který by byl mezi uzlovou dvojicí, kdybychom zdroje napětí zkratovali a zdroje proudu rozpojili.

Napětí naprázdno U0 a náhradní odpor Ri můžeme stanovit měřením na skutečných obvodech, aniž známe jejich vnitřní strukturu. To má velký význam pro nalezení jejich náhradního zapojení.

Theveninův teorém budeme aplikovat na obvod nakreslený na obr. 2.12a. Velikost napětí naprázdno U0 mezi uzly 1­2 (při Rz → ∞ , proud I2 = 0) vypočteme z upraveného zapojení podle obr. 2.12b.

Kirchhoffovy zákony Využívají se pro řešení složitějších obvodů, ve kterých je zapojeno více spotřebičů či zdrojů Známe­li parametry těchto spotřebičů (nejčastěji elektrický odpor) a parametry zdrojů, pomáhají nám tyto zákony zjistit jednotlivá napětí a proudy na každém spotřebič.

Uzel → místo v obvodě kde se vodiče stýkají nejméně tři vodiče Větev → část obvodu mezi dvěma uzly, všemi prvky v jedné větvi protéká stejný proud

První Kirchhoffův zákon První Kirchhoffův zákon popisuje zákon zachování elektrického náboje (jedná se o rovnici kontinuity elektrického proudu); říká, že v každém bodě (uzlu) elektrického obvodu platí, že: Součet proudů vstupujících do uzlu se rovná součtu proudů z uzlu vystupujících. Jinými slovy též: Algebraický součet proudů v uzlu je roven nule. Vyjádřeno matematicky:

,

kde jsou jednotlivé proudy vstupující do uzlu; podle konvence je proud tekoucí do uzlu kladný, zatímco proud tekoucí z uzlu záporný.

Druhý Kirchhoffův zákon Druhý Kirchhoffův zákon formuluje pro elektrické obvody zákon zachování energie; říká, že: Součet úbytků napětí na spotřebičích se v uzavřené části obvodu (smyčce) rovná součtu elektromotorických napětí zdrojů v této části obvodu. Jinými slovy též: Algebraický součet napětí ve smyčce je roven nule. (Pokud by zákon pro nějakou smyčku neplatil, mohlo by být sestrojeno perpetuum mobile, ve kterém by proud touto smyčkou procházel neustále dokola při permanentním odběru energie.) Předpokladem tohoto zákona je, že smyčka neobepíná žádný časově proměnný magnetický tok – jinak se ve smyčce indukuje napětí a zákon v základní podobě neplatí. V takovém případě lze při analýze obvodu indukované napětí reprezentovat zařazením dalšího prvku, který má stejný účinek.

Použití Kirchhoffových zákonů Kirchhoffovy zákony se používají zvláště pro rozvětvené elektrické obvody, protože spolu s Ohmovým zákonem umožňují určit velikost a směr elektrického proudu v jednotlivých větvích a velikost elektrického napětí na svorkách jednotlivých prvků. Při analýze obvodu pomocí Kirchhoffových zákonů je možné použít jednu ze dvou metod: analýzu uzlů (založenou na použití 1. Kirchhoffova zákona) nebo analýzu smyček (založenou na použití 2. Kirchhoffova zákona).

Metoda uzlů 1. V obvodu se najdou a označí všechny uzly. 2. Libovolně zvolenému uzlu se přiřadí nulový elektrický potenciál. 3. Všem zbývajícím se přiřadí neznámá napětí oproti referenčnímu uzlu. 4. Pro každý z uzlů kromě referenčního se sestaví rovnice podle 1. Kirchhoffova zákona. 5. Tato soustava rovnic se poté vyřeší.

Metoda smyček 1. Na schématu se najdou elementární smyčky, tzn. smyčky, které neobsahují menší

vnořené smyčky. 2. Každé takové smyčce se přidělí proud, který jí obíhá. 3. Pro každou smyčku se zapíše rovnice podle 2. Kirchhoffova zákona, ve které se jako

neznámá použije proud protékající smyčkou. 4. Tato soustava rovnic se poté vyřeší.

Volba metody Obě metody poskytují stejné výsledky, pro daný obvod však může být jedna či druhá metoda jednodušší. Metody vyžadují vyřešení soustavy n rovnic o n neznámých. U metody uzlů je n počet uzlů mínus počet všech zdrojů napětí mínus jedna (za referenční uzel). U metody smyček je n rovno počtu elementárních smyček mínus počet zdrojů proudu. Obvykle se tedy používá ta metoda, která vyžaduje řešení menšího počtu rovnic. Je však třeba podotknout, že metodu smyček lze použít jen pro planární obvody, tedy obvody, na jejichž schématu se nekříží vodiče. Taková je ale většina obvodů, které se v praxi objevují.

Kirchhoffovy zákony ve střídavých obvodech Analýzu pomocí Kirchhoffových zákonů lze provádět jak v obvodech stejnosměrného proudu, tak v obvodech střídavého proudu. V těch se napětí a proud vyjadřují komplexními čísly, které reprezentují fázory, a místo elektrického odporu se používá impedance.

Kirchhoffovy zákony v teorii grafů Kirchhoffovy zákony se mimo elektrotechniku používají také v teorii grafů pro analýzu toků (které jsou zobecněním elektrického proudu) v sítích (které jsou zobecněním schématu elektrického obvodu). Dokonce se dá říci, že teorie grafů jako taková má v Kirchhoffových zákonech svoje kořeny.

2. Rezistory

Rezistory

Co to je rezistor? Je to pasivní elektronická součástka, která má vlastnost elektrického odporu. V obvodech se používá tam, kde je třeba snížit elektrický proud nebo kde chce úbytek napětí.

Ideální a reálný rezistor

Ideální rezistor

má jediný parametr, tedy svůj odpor, a tento parametr není závislý na jakýchkoliv vnějších vlivech. Podle Ohmova zákona se tedy proud protékající rezistorem s odporem R a přiloženým napětím U rovná:

nebo naopak napěťový úbytek vzniklý na témže rezistoru, kterým protéká proud I:

Výkon daný vztahem:

rezistor promění v teplo, to znamená, že se pocházejícím proudem ohřívá. Není­li rezistor používán jako topné odporové těleso, jedná se o ztrátové teplo.

Reálný rezistor

je vyroben z reálného materiálu vykazujícího elektrický odpor a má určitou geometrii. Z toho vyplývá:

1. Hodnota jeho odporu je závislá na teplotě.

2. Dokáže v teplo proměnit jen určitý výkon, při větším zatížení, než na které je určen, se zničí přehřátím.

3. Hodnota bývá odlišná od jmenovité, uvedené na pouzdře (při výrobě dochází k nepřesnosti a rozptylu parametrů)

4. Má omezenou elektrickou pevnost, při aplikaci vyššího napětí může dojít k průrazu nebo poškození.

5. Mimo reálný odpor vykazuje také sériovou indukčnost a paralelní kapacitu (viz náhradní schéma). Tyto parazitní veličiny se znatelně projevují až při vyšších frekvencích pocházejícího proudu.

6. Při velmi vysokých frekvencích na něm navíc dochází k tzv. skin efektu.

7. Rezistor vykazuje elektrický šum..

8. Podle materiálu použitého k výrobě je hodnota odporu závislá i na přiloženém napětí

Parametry udávané u rezistorů

Elektrický odpor v ohmech. Hodnoty běžně vyráběných rezistorů vybírají z řady vyvolených čísel E6, E12 nebo E24. Nejpožívanější je řada E12, která obsahuje následujících 12 hodnot.

Konstrukce rezistoru

Základem rezistoru je vodič s požadovanou hodnotou odporu, které lze dosáhnout použitím látky s určitou rezistivitou, určitou délkou a obsahem průřezu vodiče. Vodič se používá buďto ve formě drátu nebo ve formě tenké vrstvy.

Kvůli úspoře místa se dlouhý drát obvykle navíjí kolem izolačního tělíska, tento druh rezistoru se nazývá drátový rezistor.

Častějším způsobem výroby je ovšem nanesení elektricky vodivé vrstvy (například grafitu) na izolační tělísko a vyfrézování drážky, tento druh se nazývá uhlíkový rezistor.

Dalším způsobem vytvoření tenké vrstvy je vakuové napaření kovu na keramické tělísko. Tyto rezistory se nazývají metalické.

Každá z konstrukcí rezistoru má své výhody a nevýhody. Například drátový rezistor je vhodnější pro vyšší výkony, ale má vysokou sériovou indukčnost, která vadí ve vysoko frekvenční technice.

Pro velké výkony existují speciální typy rezistorů, které mají často velké a účinné chladiče, aby dokázaly velký tepelný výkon odvést do okolního prostředí. Takové rezistory se používají například u elektrických lokomotiv při brzdění vlaku. Jeho kinetická energie se tak promění v teplo.

Jiným příkladem jsou tzv. vodní odpory, které jsou k vidění například u kolotočů, kterým zajišťují plynulý rozjezd. U těchto rezistorů proud prochází vodou s přídavkem malého množství kyseliny nebo soli. Hodnota odporu se mění velikostí zasunutí kovových desek do lázně.

Průřez vodiče je závislý na před pokládaném zatížení, aby teplo vznikající v rezistoru průchodem elektrického proudu nezpůsobilo roztavení vodiče. Za materiál rezistoru je vhodné vzít látku s nízkým teplotním součinitelem odporu, aby odpor rezistoru nezáležel příliš na teplotě (manganin, konstantan). U některých typů odporů se ale naopak jejich teplotní závislosti využívá (tzv. termistory).

Využití rezistoru

Rezistory jsou nejpožívanějšími slaboproudými elektronickými součástkami, jejich základní funkcí je omezení protékajícího proudu nebo získání napěťového úbytku.

Pro měření proudu (bočník)

Do série zapojený malý odpor může sloužit i jako ochrana proti zkratu v obvodech s vysokou impedancí (například při přenosu signálu po sériové lince)

Pro vytápění (topná tělesa)

Měření výkonu u elektrodynamických brzd

Pro regulaci výkonu (viz odporová regulace výkonu a rozjezdový odporník)

Pro tlumení kmitavých obvodů

Jako nabíjecí odpor (pro omezení proudového nárazu při nabíjení nebo vybíjení kondenzátorů)

Zatížení signálových linek pro zvýšení odolnosti proti rušení

Zakončení signálových linek proti odrazům

Charakteristické vlastnosti rezistoru

Jmenovitý odpor rezistoru ­ před pokládaný odpor součástky v ohmech.

Tolerance jmenovitého odporu rezistoru ­ Označuje se jí dovolená odchylka od jmenovité hodnoty.

Jmenovité zatížení rezistoru ­ Výkon, který se smí za určitých normou stanovených podmínek přeměnit v teplo, aniž by teplota jeho povrchu překročila přípustnou velikost.

Provozní zatížení rezistorů ­ Největší přípustné provozní zatížení rezistoru, které je určeno nejvyšší teplotou součástky, při které ještě nenastávají trvalé změny jejího odporu ani podstatné zkracování doby její životnosti.

Největší dovolené napětí ­ Největší dovolené napětí mezi vývody součástky, při jehož překročení by mohlo dojít k jejímu poškození.

Teplotní součinitel odporu rezistoru ­ Určuje změnu odporu rezistoru způsobenou změnou jeho teploty. Udává největší poměrnou změnu odporu součástky odpovídajíc vzrůstu o 1 °C v rozsahu teplot, ve kterých je změna odporu vratná.

Šumové napětí ­ Vzniká vlivem nerovnoměrného pohybu elektronů uvnitř materiálu součástky. Projevuje se malými, časově nepravidelnými změnami potenciálu. Příčinou šumu je šumové napětí, které má dvě hlavní složky:

tepelné šumové napětí ­ je závislé na teplotě a šířce kmitočtového pásma, ve kterém je rezistor používán. Vytváří tzv. Johnsonův šum.

povrchové šumové napětí ­ závisí na velikosti stejnoměrného napětí U přiloženého na rezistor.

Obvod s rezistorem Nejjednodušší střídavý obvod je tvořen rezistorem (obr. 124), u něhož uvažujeme jen

jeho odpor R. Připojíme­li obvod ke zdroji střídavého napětí s okamžitou hodnotou u, prochází

obvodem střídavý proud s okamžitou hodnotou , kde

je amplitudastřídavého proudu. Pro střídavý proud v obvodu platí Ohmův zákon stejně jako pro proud stejnosměrný. Odpor R rezistoru v obvodu střídavého proudu je stejný jako v obvodu stejnosměrného proudu a nazývá se také rezistance.

Obr. 124 Obr. 125 Obr. 126

Pomocí osciloskopu je možné sledovat časový průběh okamžité hodnoty napětí a proudu v obvodu. Pomocí těchto časových diagramů je možné určit rozdíl fází obou veličin ­ fázový

rozdíl . V obvodu s rezistorem dosahuje střídavé napětí i proud amplitudy ve stejném okamžiku ­ nevzniká fázový rozdíl mezi proudem a napětím (viz obr. 125).

Ke vzniku fázového rozdílu není žádný fyzikální důvod. Rezistor je vlastně kus drátu, který má pouze nějaký odpor. Jeho indukčnost (a tedy imagnetické pole) je zanedbatelně malá.

Dalším způsobem znázornění veličin střídavých obvodů je fázový diagram. Veličina je znázorněna orientovanou úsečkou umístěnou v soustavěsouřadnic ­ fázorem. Jeho délka je rovna amplitudě dané veličiny a s osou x svírá úhel rovný počáteční fázi.

Jak se konstruuje fázový diagram je detailně popsáno v kapitole věnované mechanickému kmitání.

3. Kondenzátory

Kondenzátory

Co je to kondenzátor? elektrotechnická součástka používaná v elektrických obvodech k dočasnému uchování elektrického náboje, a tím i k uchování potenciální elektrické energie.

Základní vlastnosti Základní vlastností pro hodnocení kondenzátoru je jeho elektrická kapacita, technicky je kondenzátor určen maximálním povoleným napětím, druhem dielektrika a provedením vývodu (axiální, radiální, bezvývodový).

Termínem kapacitor je v oblasti modelování označována skupina prvku schopných akumulovat energii a vykazujících integrální závislost zobecněného úsilí e (např. síla, elektrické napětí, tlak) na zobecněný tok f (např. rychlost , elektrický proud , objemový průtok ).

Příkladem kapacitoru může být pružina (síla závislá na integrálu rychlosti roztažení), elektrický kondenzátor (napětí závislé na integrálu proudu), tlaková nádoba (tlak závislý na integrálu průtoku).

Princip kondenzátoru Kondenzátor se skládá ze dvou vodivých desek (elektrod) oddělených dielektrikem. Na každou z desek se přivádí elektrické náboje opačné polarity, které se vzájemně přitahují elektrickou silou. Dielektrikum mezi deskami nedovolí, aby se částice s nábojem dostaly do kontaktu, a tím došlo k neutralizaci, jinak vybití elektrických nábojů. Přitom dielektrikum svou polarizací zmenšuje sílu elektrického pole nábojů na deskách a umožňuje tak umístění většího množství náboje.

Vzhledem k elektrostatické indukci je velikost náboje na obou deskách stejná.

Kapacita kondenzátoru Kapacita C kondenzátoru závisí na ploše S jeho desek, vzájemné vzdálenosti d desek mezi sebou a permitivitě e dielektrika mezi deskami:

(platí jen pro deskový kondenzátor)

Na desku kondenzátoru s kapacitou C lze uložit elektrický náboj:

Q = C U

kde U je elektrické napětí mezi deskami kondenzátoru. Jednotkou kapacity v soustavě SI je farad.

Druhy kondenzátoru Leydenská láhev je historicky první kondenzátor. Jedná se o skleněnou nádobu, na jejíž vnější i vnitřní

straně jsou přilepeny (příp. napařeny) kovové vrstvy. Používala se k uchování náboje vzniklého ve Whimhurstove indukční elektrice .

Podle tvaru lze rozlišit kondenzátory deskové, válcové, kulové, svitkové (svinutý dlouhý vodivý pás oddělený izolantem).

Podle použitého dielektrika se kondenzátory dělí otočný vzduchový papírový (často papír napuštěný voskem)(svitkové) elektrolytický (dielektrikem je tenká oxidační vrstva na jedné z elektrod, druhou elektrodu tvoří samotný

elektrolyt) keramický kapacitní dioda ­ varikap Slídový Plastový

Otočný vzduchový

Je nejstarší typ proměnného kondenzátoru. Má dvě hlavní součásti. rotor a stator Na rotoru i statoru jsou umístěny desky, které se otáčením zasouvají a vysouvají do sebe. Tím se mění aktivní S desek a současně i C. Jako dielektrikum je použit vzduch, někdy můžeme najít i polystyren, olej nebo jiné látky.

Otočný kondenzátor umožňuje zasouváním desek mezi sebe měnit účinnou plochu desek, a tím i měnit kapacitu kondenzátoru. Desky mohou mít tvar polokruhu (kapacita pak závisí lineárně na natočení) nebo ledvinovitý (obvykle logaritmický průběh změny kapacity)

Pro podobné účely se dnes využívá varikap, kde je kapacita měněna vstupním napětím.

Papírový (Svitkový)

Dielektrikum tvoří kondenzátorový papír. (jeho r mívá hodnotu 4­10)

Elektrody jsou tvořeny Al folií s vývody. Kondenzátorový papír včetně elektrod je svinut do válce.

Někdy je Al nahrazen kovovým nástřikem (z obou stran), takový kondenzátor je označován jako metalizovaný.

Elektrolytický

Je podstatně odlišný od jiných typu kondenzátoru. Katoda je tvořena vodivým elektrolytem, který může být jak tekutý, polosuchý nebo pevný. Anoda je tvořena čistou Al fólií na, které je vrstvička Al 2 O 3 (oxid hlinitý), tato vrstvička je dielektrikum. Pokud kondenzátor není dlouhou dobu pod napětím C se zmenší. Do jisté úrovně se dá zase obnovit připojením SS napětí. Elektrody mají velký povrch, který je tvořen nepravidelně naleptanou strukturou povrchu hliníku.

Jeho výhodou je vysoká měrná kapacita, nevýhodou naopak to, že nesmí být přepólován a obvykle snese oproti

jiným typům jen velmi nízké napětí.

Keramický

Speciální keramika s velkou permitivitou a malým ztrátovým činitelem

Dle tvaru na

terčové

destičkové

průchodkové

Kondenzátor v elektrickém obvodu Nabíjení kondenzátoru

Při zapojení kondenzátoru do obvodu se zdrojem stejnoměrného napětí se na deskách kondenzátoru začne hromadit elektrický náboj ­ kondenzátor se nabíjí. Nabíjení probíhá, dokud se nevyrovná elektrický potenciál na každé z desek s potenciálem příslušného pólu zdroje. Po nabití je mezi deskami kondenzátoru stejné elektrické napětí jako mezi svorkami zdroje a obvodem neprochází elektrický proud.

Vybíjení kondenzátoru

Jestliže se desky kondenzátoru vodivě propojí, elektrický náboj z desek se odvede, kondenzátor se vybije. Tento přesun elektrického náboje způsobí v obvodu elektrický proud.

Vybíjecí proud může v případě malého odporu vybíjecího obvodu dosáhnout obrovských špičkových hodnot. To má většinou nejen škodlivé účinky na vybíjecí obvod a kondenzátor samotný, ale vede to i k částečnému vyzáření jeho

energie ve formě EMI rušení.

Kondenzátor v obvodu střídavého proudu

V obvodu střídavého proudu se kondenzátor opakovaně nabíjí a vybíjí, což má za následek předbíhání elektrického proudu před napětím (fázový posuv) a vznik kapacitance, tj. zdánlivého odporu proti průchodu střídavého proudu.

Kapacita kondenzátoru spolu s indukčností cívky jsou předpokladem vzniku elektromagnetického kmitání ­ periodické změny elektrického pole na magnetické pole a opačně. Změnou kapacity lze dosáhnout změny frekvence

elektromagnetických kmitů.

Sériové zapojení kondenzátoru

Sériovým zapojením dvou a více kondenzátoru se celková kapacita snižuje. Převrácenou hodnotu výsledné kapacity lze vypočítat jako součet převrácených hodnot jednotlivých kapacit:

Paralelní zapojení kondenzátoru

Paralelním zapojením kondenzátoru se celková kapacita zvyšuje. Výsledná kapacita se vypočte součtem jednotlivých kapacit:

C = C 1 + C 2 + …

Využití kondenzátoru Fotografický blesk ­ nahromaděná elektrická energie v kondenzátoru se v krátkém časovém okamžiku vybije

a způsobí silný světelný záblesk. Stabilizační prvek v elektrických obvodech ­ paralelním zapojením do elektrického obvodu lze dosáhnout

vyhlazení napěťových špiček, a tím rovnoměrnějšího průběhu elektrického proudu. Odstranění stejnoměrné složky elektrického proudu ­ větví s kondenzátorem nemůže projít stejnoměrný

elektrický proud, ale střídavý proud ano. Ladící součástka v přijímači ­ změnou kapacity v oscilačním obvodu přijímače se vlastní frekvence obvodu

vyrovná vnější frekvenci a dojde k rezonanci, tj. k zesílení přijímaného signálu. Počítačová paměť ­ paměť složená z velkého množství miniaturních kondenzátoru je schopna uchovat

informaci ve formě 0 a 1 (0 = není náboj, 1 = je náboj). Defibrilátor ­ přístroj používaný v lékařství k provádění elektrických šoků při zástavě srdce, kdy velké

množství náboje projde během krátké doby přes srdeční sval a může tak obnovit srdeční činnost. Časovače ­ většina generátoru střídavého signálu využívá kondenzátory jako součástky, jejichž střídavé

nabíjení a vybíjení určuje periodu kmitu.

Kondenzátor ve střídavém obvodu

Nyní zaměníme stejnosměrný zdroj za zdroj střídavého napětí (obr. 4). Zde se kondenzátor rovněž nabije, pak se ale polarita zdroje změní a kondenzátor se napřed vybije a zase nabije opačně. Pak se polarita zdroje opět změní atd. Kondenzátor se periodicky nabíjí a vybíjí, obvodem prochází střídavý proud.

obr. 4: Kondenzátor v obvodu střídavého proudu

Kondenzátor ale představuje jakousi zátěž v obvodu. Má jistý "odpor" ­ kapacitance kondenzátoru XC. Je dána jako XC=1/w C (w = 2p f, kde f je frekvence střídavého proudu). Kapacitance je tím větší, čím menší je kapacita kondenzátoru a čím menší je frekvence proudu. Mezi amplitudami proudu a napětí platí vztah I0 = U0 /XC = w CU0.

Je zajímavé, že napětí na kondenzátoru a proud procházející obvodem nejsou ve fázi ­ proud předbíhá napětí o čtvrtinu periody (obr. 5). Vysvětlení je jasné. Po sepnutí spínače začne obvodem procházet proud, který nabíjí kondenzátor. Jak roste napětí na kondenzátoru, nabíjecí proud klesá. Ve chvíli, kdy je napětí největší, se změní směr proudu. Proud začíná procházet opačným směrem a zvětšuje se, kondenzátor se vybíjí a napětí na něm klesá atd.

obr. 5: Časový průběh napětí na kondenzátoru a proudu obvodem

Matematicky: má­li napětí časový průběh u(t) = U0 sin(w t), má proud časový průběh i(t) = I0 sin(w t + p /2) = w CU0 sin(w t + p /2) (obr. 5).

4. Cívky

Cívky Cívka je elektrotechnická součástka používaná v elektrických obvodech :

k vytvoření magnetického pole elektrického proudu , které se dále využívá k působení magnetickou silou ­ cívka slouží jako elektromagnet ,

k indukci elektrického proudu pramenným magnetickým polem ­ cívka slouží jako induktor (nositel indukčnosti ).

Stavba cívky Cívka se skládá z vodiče navinutého na izolací nosnou kostru. Vinutí muže být jednovrstvé nebo vícevrstvé . V případe vícevrstvých cívek je třeba použít tzv. Krížové vinutí , aby se omezila vlastní elektrická kapacita cívky. Navinutý vodič muže být i samonosný ­ bez kostry. Vodič v cívce má mít co nejmenší rezistivitu , aby v cívce nedocházelo k velkým tepelným ztrátám. Nejčastěji používaným materiálem je med . Ke zvetšení magnetických vlastností se dovnitř cívky vkládá jádro z magneticky měkké oceli , tzn. z feromagnetické látky s malou remanentní magnetizací . K omezení vzniku vířivých proudu v jádře se jádro skládá z několika vrstev oddělených izolantem nebo z jemných železných částeček spojených izolací hmotou (tzv. železové jádro).

Druhy cívek Podle rozměru a tvaru lze rozlišit obyčejnou cívku, solenoid ­ velmi dlouhá cívka, toroid ­ cívka stočená do kruhu. Cívky lze rozdělit podle frekvence střídavého proudu , pro kterou je určena ­ nízkofrekvencní cívky a vysokofrekvencní cívky .

Parametry cívky Počet závitu Geometrické vlastnosti (počet závitu na jednotku délky , délka, obsah průřezu) Indukčnost ­ vyjadřuje velikost magnetického indukčního toku při jednotkovém

elektrickém proudu Maximální zatížení ­ největší možný výkon elektrického proudu nepoškozující cívku Maximální proud ­ největší proud, který muže procházet cívkou

Cívka ve stejnoměrném obvodu

V obvodu stálého stejnoměrného proudu se cívka projevuje pouze svým elektrickým odporem . Kolem cívky se vytváří stálé magnetické pole . Magnetický indukční tok závisí přímo úměrně na indukčnosti cívky a velikosti proudu . Indukčnost cívky a tím i magnetické pole je možno zesílit vložením jádra do cívky.

Cívka ve střídavém obvodu V obvodu střídavého proudu vzniká kolem cívky proměnné magnetické pole, které v cívce indukuje elektromotorické napětí . Indukované napětí působí vždy proti změnám, které je vyvolaly ( Lenzův zákon ), což má za následek vznik impedance , u cívky nazývané induktance , tj. odpor cívky proti průchodu střídavého proudu. Induktance závisí přímo úměrně na indukčnosti cívky a frekvenci střídavého proudu. Cívka rovněž způsobuje fázový posuv střídavého proudu oproti střídavému napětí o p/2 neboli 1/4 periody . Proměnného magnetického pole kolem cívky se využívá také v transformátorech při trans­formaci střídavého elektrického proudu a napětí mezi dvěma obvody. Způsob a velikost trans­formace ovlivňuje poměr počtu závitu sekundární a primární cívky transformátoru.

Cívka v kmitavém obvodu Důležitou úlohu hraje cívka u elektromagnetického kmitání (rezonance). To vzniká v obvodu s kondenzátorem a cívkou ( LC obvody ), kde se periodicky opakuje přeměna elektrické energie na magnetickou a opačně. Frekvence elektromagnetického kmitání závisí mj. také na indukčnosti cívky.

Použití cívky Cívku lze používat jako samostatnou součástku (elektromagnet, tlumivka) nebo jako součást složeného elektrického zařízení (elektromagnetické relé, transformátor, reproduktor).

Cívka jako elektromagnet ­ využívá se magnetická síla magnetického pole kolem cívky v zařízeních jako napr.

elektromotor zvonek reproduktor elektromagnetické relé elektromagnetický Jeřáb vychylovací cívky v monitorech zapisovací hlavicky v pevných discích deprézské měřící přístroje ( galvanometr , ampérmetr , voltmetr , ad.)

Výhodou elektromagnetu je to, že magnetické pole je dočasné , dá se snadno měnit jeho velikost, príp. směr.

Cívka jako induktor ­ využívá se elektrické napětí indukované proměnným magnetickým polem kolem cívky

tlumivka ­ cívka působí proti prudkým změnám v elektrickém obvodu (napr. zapnutí/vypnutí obvodu, elektrický výboj , ap.). změny v elektrickém obvodu vyvolávají změnu magnetického pole kolem cívky a následné se v cívce indukuje elektromotorické napětí působící vždy proti změnám, které je vyvolaly.

transformátor ­ obsahuje dvě cívky na společném jádře. Změnou elektrického proudu (střídavým proudem) v jedné cívce se indukuje elektrický proud v druhé cívce, dochází k trans­formaci proudu a napětí.

čtecí hlavicky v pevných discích v elektromagnetických oscilacích obvodech ­ cívka a kondenzátor jsou nezbytné

součástky pro vznik elektromagnetických kmitu v obvodu (rezonancí LC obvody).

Cívka ve střídavém obvodu

Nyní zaměníme stejnosměrný zdroj za zdroj střídavého napětí (obr. 7). Výše uvedený děj nastává opakovaně, obvodem prochází střídavý proud. Podobně jako u kondenzátoru, proud není ve fázi s napětím na cívce, ale na rozdíl od kondenzátoru napětí předbíhá proud o čtvrtinu periody (obr. 8).

obr. 7: Cívka v obvodu střídavého proudu

Cívka má také jistý "odpor" ­ induktance cívky XL. Je dána jako XL=w L (w = 2p f, kde f je frekvence střídavého proudu). Induktance je tím větší, čím vetší je indukčnost cívky a čím větší je frekvence proudu. Mezi amplitudami proudu a napětí platí vztah I0 = U0 /XL = U0 / w L.

obr. 8: Časový průběh napětí na cívce a proudu obvodem Matematicky: má­li napětí časový průběh u(t) = U0 sin(w t), má proud časový průběh i(t) = I0 sin(w t ­ p /2) = (U0 / w L)sin(w t ­ p /2) (obr. 8).

5. Polovodičové součástky

Polovodiče Materiály pro polovodiče a jejich použití

Křemík ­> Diody, tranzistory, IO, tyristory, solární články Germanium ­> vf tranzistory, detektory radioaktivního záření Galiumarsenid ­> světelné diody, laser, vf tranzistory Indiumantimonoid, indiumarsenid ­> magnetorezistory, Hallovy generátory Kadmiumsulfid ­> fotorezistory, solární články Karbid křemíku ­> topné spirály, varistory, světelné diody

Nevlastní vodivost Přidání nepatrného množství příměsi do taveniny čistého polovodičového materiálu

Jedná se o dotování

Nepatrné dotování čistého krystalu polovodiče cizí atomy, např. hliníku nebo fosforu, zvýší velmi silně jeho vodivost.

Polovodič typu N směr proudu

Polovodič typu P směr proudu

Princip polovodičového přechodu Vytvoření PN přechodu pomocí dotyku polovodiče typu N s polovodičem typu P

Po dotyku polovodiče typu N s polovodičem typu P dochází k difuzi

Některé volné elektrony (majoritní nosiče z polovodiče typu N) difundují do polovodiče P

Podobně některé volné díry (majoritní nosiče z polovodiče P) difundují do polovodiče N

Výsledkem je, že v okolí dotyku polovodiče typu P a N vzniká potenciálová bariéra

Srovnání křemíkových a germaniových přechodů Křemík

Větší úbytek napětí řádově 0,7V

Tavící teplota je 1400°C a součástky z něho vyrobené vydrží řádově 200°C

Proudová hustota: 1,5A/mm2

Špičkové napětí v závěrném směru: 100 – 2kV

Germanium

Menší úbytek napětí řádově 0,3Vn

Tavící teplota je 986°C a součástky z něho vyrobené vydrží řádově 75°C

Proudová hustota: 0,5A/mm2

Špičkové napětí v závěrném směru: 30­120V

Děje v okolí polovodičového přechodu Na hranici mezi P a N polovodiči se i bez napětí pohybují vlivem tepelného pohybu elektrony od N­polovodiče do P­polovodiče a rekombinují s dírami

Opačně difundují díry P­polovodiče do N­polovodiče a spojí se tam s volnými elektrony

Na obou stranách přechodu se krystal ochuzuje o volné nosiče nábojů: hraniční vrstva působí jako izolátor a vytváří závěrnou vrstvu, a to působením potenciálové bariéry

Konstrukce Diod Skládá se z polovodiče Typu N (katoda) a polovodiče typu P (anoda)

Na rozhraní těchto dvou polovodičů vzniká přechod PN a v ideálním stavu přenáší proud pouze jedním směrem

Typy diod – Zenerova, LED, Varikap, Tunel,

Zenerova dioda, Lavinová dioda

LED dioda

Varikap

Tunelová dioda

Základní veličiny diod U, I, P, šum, teplota, mezní kmitočet HLAVNÍ INDEX:

U ... napětí I ... proud f ... frekvence, kmitočet t ... čas, doba P ... výkon, (i příkon) J ... teplota Čím je daný mezní kmitočet polovodičového přechodu

PŘED HLAVNÍM INDEXEM:

D ... označuje určitý rozdíl, úbytek nebo ohraničuje prac. oblast (viz dynamické veličiny) +/­ ... specifikuje polaritu ~ ... informuje o střídavém průběhu veličiny

DOPLŇUJÍCÍ INDEX:

­f­ ... propustný ­r­ ... reverzní (čs. ­z­ jako závěrné) ­M­ ... špičkové, impulsní ­max­ ... horní mez zaručené správné činnosti ­min­ ... dolní mez spolehlivosti ­R­ ... reproduktivní, (čs. ­opak.­ jako opakovatelný) ­S­ ... neopakovatelný ­Br­ ... průrazové ­W­ ... pracovní, doporučené

Značení polovodičů Kódové značení

Barevné značení

Písmeno : první materiál, druhé typ a oblast použití – BZY92/C9V1 – Si zener

Co je podstatou polovodičové diody Usměrnit proud – zadržení periody

„zadržet“ proud – závěrný směr

Dvoucestné zapojení + ­

Jaké vlastnosti vykazuje dioda v propustném směru

Jaké vlastnosti vykazuje dioda v závěrném směru

Katalogové parametry diody pro volbu do obvodu Napětí, proud, úbytek, max napětí, Uz, Iz

Nakreslete a vysvětlete V-A charakteristiku přechodu PN

6. Diody

Diody Jsou elektrotechnické součástky se dvěma elektrodami, označovanými jako anoda a

katoda, která se vyznačuje velmi odlišným tvarem volt ampérové charakteristiky v závislosti na polaritě přiloženého napětí. Po připojení anody na kladnější napětí nežli je na katodě, klade dioda jen malý odpor průchodu elektrického proudu, zatímco při opačném zapojení je dioda téměř nevodivá.

Pro vytvoření diody lze použít více fyzikálních principů, dříve se obvykle používala vakuová dioda (elektronka), nyní je to polovodičová dioda využívající usměrňovací efekt na P­N přechodu nebo styku kov­polovodič (Schottkyho dioda).

Pracovní stavy diod

Propustný směr Na anodě je kladnější napětí než na katodě ­ dioda zpočátku, až do určitého prahového

napětí (pro běžnou křemíkovou diodu je to asi 0,6V) téměř nevede, pak ale začne proud se zvyšujícím se napětím prudce růst a pokud není omezen dalšími obvodovými prvky, brzy dosáhne maximálního propustného proudu (pro obvyklé usměrňovací diody jsou to jednotky ampér, ale existují i výkonové diody běžně snášející proudy tisíců ampér) a dojde k tepelné destrukci diody.

Závěrný směr Na anodě je zápornější napětí než na katodě ­ diodou protéká jen minimální proud (pro

běžnou křemíkovou usměrňovací diodu jde o proud v řádech mikroampér) prakticky bez ohledu na napětí až do dosažení závěrného napětí (což můžou být řádově volty pro LED nebo tisíce voltů pro speciální diody) při kterém začne proud opět prudce růst a pokud není omezen ostatními prvky obvodu dojde k destrukci diody (pokud je ovšem proud omezen na přípustnou hodnotu, je tento proces vratný a dioda v této oblasti může pracovat, toho využívají Zenerovy a lavinové diody).

Dělení diod Podle konstrukčního principu a účelu to může dioda být:

Polovodičová dioda – je založena na P­N přechodu, který dovoluje tok proudu pouze jedním směrem.

Hrotová dioda – historicky nejstarší typ polovodičových diod, Základ krystalky Plošná dioda Schottkyho dioda – Nevyužívá P­N přechodu, ale přechodu kov­polovodič elektronka dvojitá dioda – elektronka pro dvoucestné usměrnění Spínací dioda ­ 0,1 až 0,2 V Usměrňovací dioda ­ 0,5 V

Na polovodičovém přechodu dochází ke spoustě zajímavých efektů, které jsou obvykle při využití diody pro usměrňování na překážku a proto je potlačujeme (např. i běžná usměrňovací dioda se bude chovat jako fotodioda, pokud se vám povede zbavit ji neprůsvitného pouzdra) a naopak vyrábíme speciální diody u kterých tyto jevy využíváme a upravenou konstrukcí podporujeme.

Fotodioda – dopadající světelné nebo jiné záření způsobí v oblasti přechodu P­N vytvoření dvojice elektron – kladná díra, a tím podle způsobu zapojení dojde ke zvýšení vodivosti nebo ke zvýšení napětí na přechodu P­N

LED – svítivá dioda. Rekombinace v oblasti přechodu P­N při průchodu proudu v propustném směru způsobují vydávání světelného záření. Napětí 1,2 V

Zenerova dioda – bývá konstruována tak, že v závěrném směru dochází při napětí několika voltů k nedestruktivnímu zenerovu průrazu. Díky tomu může fungovat jako stabilizátor napětí

Tunelová dioda +0 V, Inverzní dioda Kapacitní dioda (varikap, varaktor) je speciální dioda konstruovaná tak, aby měla větší

kapacitu. S velikostí napětí na diodě se mírně mění její kapacita. Tohoto jevu se používá pro vytvoření řízené kapacity, např. v ladících obvodech rádiových přijímačů.

PIN dioda je to speciální dioda, co má uprostřed intrimickou regulaci

Konstrukce Diod Skládá se z polovodiče Typu N (katoda) a polovodiče typu P (anoda) Na rozhraní těchto dvou polovodičů vzniká přechod PN a v ideálním stavu přenáší proud pouze jedním směrem

Typy diod – Schottkyho, Fotodioda, LED, zenerova, tunelová, varikap

Zenerova dioda, Lavinová dioda Neboli referenční dioda, je polovodičová dioda s přechodem PN, která se užívá především v zapojení ke stabilizaci napětí. Konstrukčně určena k zapojení v závěrném (nepropustném) směru, k čemuž je přizpůsobena tím, že její průraz v tomto směru není destruktivní (snese opakovaný průraz v závěrném směru). Zenerovy diody se dělí na dva základní druhy:

Napěťově referenční diody Napěťově regulační diody

Dioda se používá převážně v stabilizovaných napěťových zdrojích, jako koncová, výstupní část. Slouží k tomu, aby při velké změně velikosti odebíraného proudu napětí nekolísalo vůbec, nebo jen velmi málo. Může být také součástí ochranných obvodů, kde omezuje napěťové špičky. Referenční dioda se zapojuje do série s odporem a využívá se toho, že na ní vzniká přesně definovaný úbytek napětí bez ohledu na změny proudu. Toto referenční napětí může pak sloužit k řízení dalších regulačních obvodů, např. pro zdroje s vyšším proudovým odběrem je Zenerova dioda použita pro vytvoření referenčního (požadovaného) napětí, výkonovým stabilizačním prvkem je např. tranzistor, zapojený jako emitorový sledovač. Zenerova dioda se vždy využívá v závěrném režimu či zpětném, tzn. že funkční je tehdy, je­li na katodě kladné napětí a na anodě záporné napětí.

LED dioda Šíří se buď vlnově, nebo částicově Pokud elektronu přidáme energii navíc tak ji vyzáří v podobě fotonu. Může být dodána ohřátím, působením elektrického nebo magnetického záření, srážkou s jinou částicí nebo fotonem Generování světla el. polem

Fotoluminiscence – látky vybuzeny optickým zářením – hodinky Katodoluminiscence – nárazem elektronů – obrazovky Radioluminiscence – jaderné záření Termoluminiscence – emitují záření pouze při nějaké teplotě Elektroluminiscence – vybuzení látek el. polem

Co je to led? Dioda vyzařující optické záření, elektroluminiscencí na přechodu

Barva led Určuje ji použitý materiál, poměr materiálů a způsob provedení dotace Základní barvy RGB a poté jejich kombinace

RGB led Vyrábí se čtyř nebo šesti vývodová, možnost také SMD Společná anoda nebo katoda Hlavním účelem je generace všech barev (kombinací RGB) Generace optického záření využití více barev, použitím led a luminoforů

Svítivost Standartní – rozsah 3­30 mcd/10 mA Zvýšená – 100­1000 mcd/20 mA Super svítivé – 1000+ mcd/20 mA Závisí na provedení čipu, typu přechodu, reflektor a na materiálu

V-A charakteristika led

UF – podle barvy a materiálu

Důležité parametry IF – propustný proud UF – propustné napětí IR – proud v závěrném směru UR – napětí v závěrném směru Pm – výkonová ztráta Topr – rozsah provozních teplot Lv – intenzita optického záření Λ – vlnová délka

Rozdíl mezi led a LD Led – více barevná, bodová nebo rozptylová LD – jednobarevná, uspořádané paprsky, malá rozbíhavost paprsků

Varikap Kapacitní dioda ­ varikap ­ je v podstatě dioda s přechodem PN na kterém se vlivem difúze volných děr a elektronů vytvoří difúzní napěti Uk. Vznikem napěti Uk se zastaví další difúze, neboť toto napěti odpuzuje elektrostaticky další volné elektrony od přechodu. Tak se vytvoří přechodová vrstva bez volných elektronů, tedy s izolačními vlastnostmi a permitivitou (epsilon) danou použitým polovodičem. Připojí­li se nyní na přechod vnější napětí U záporným pólem na oblast P a kladným na oblast N (tedy v závěrném směru), zvětší se přechodová izolační vrstva, neboť vzrostou elektrostatické odpudivé síly pro elektrony. Změnou velikosti vnějšího napětí lze tedy ovlivňovat tloušťku izolační vrstvy. Přechod PN je vlastně kondenzátorem, jehož kapacita závisí na velikosti přivedeného napětí (velikostí stejnosměrného napětí je ovlivněna tloušťka dielektrika, a tak i kapacita). Zvýšením vnějšího napětí kapacita klesá (tloušťka dielektrika se zvětšuje), snížením napětí kapacita stoupá (tloušťka dielektrika se zmenšuje).

Tunelová dioda Polovodičové diody tunelové jsou určeny pro speciální aplikace v oboru generace zesilování signálů velmi vysokých kmitočtů a rychlé spínací obvody. Využívá se přitom oblasti VA charakteristiky, kde se tunelová dioda chová jako záporný diferenciální odpor. Tunelové diody se mohou s výhodou použít pro detekci signálů, díky výrazné nelinearitěVA charakteristiky v počátku. Nazývají se inverzní diody, protože mají malý odpor ve zpětném směru díky Zenerovu průrazu. Jejich použití se omezuje jen na detekci, kde nehrozí destrukce diody při vyšších proudech při Zenerově průrazu.

Schottkyho dioda Schottkyho dioda je součástka, která využívá usměrňovací vlastnost přechodu MN (kov­polovodič). Velkou výhodou tohoto přechodu je, že v něm nedochází k injekci minoritních nosičů náboje. Vedení proudu je realizováno pouze majoritními nosiči, což přináší řadu výhod. Schottkyho přechody mají v přímém směru menší úbytky napětí než přechod PN. Z polovodiče N přecházejí do kovu tzv. horké elektrony z vrcholu energetické bariéry, které v kovu ztrácejí přebytek své energie. To předurčuje Schottkyho diody pro zpracování signálů s vysokými kmitočty. Schottkyho diody se používají v aplikacích pro velmi vysoké frekvence, kde nahrazují hrotové diody, proti nimž mají lepší mechanickou pevnost, reprodukovatelnost při výrobě, menší šum a vyšší závěrné napětí. Vzhledem k rychlým spínacím časům a malému napětí v průchozím směru jsou Schottkyho diody užívány ve spínačích s dobou sepnutí jednotky ns i menší, jako ochranné prvky a jako součástky rychlých logických integrovaných obvodů. Malé napětí v přímém směru umožňuje využívat Schottkyho diod ve výkonové technice jako usměrňovače a spínače s větší energetickou účinností, menšími rozměry a hmotností než klasické diody. Jedním z nedostatků je menší závěrné napětí (průrazné napětí 10 až 150 V).

Fotodioda

Detektory světelného záření

Vysvětlete, co to jsou detektory světelného záření. Reagují na světelnou energii, mění svoje parametry nebo vlastnosti Otevírají přechod, přeměňují světelnou energii na jinou elektrickou veličinu (solární panely)

Vysvětlete, co je to fotovoltaický jev a princip fotodiody

Dokud na fotodiodu nedopadne světelná energie, dioda neotevře svůj přechod a tím je nevodivá, po zaznamenání světelné energie otevírá přechod a stává se vodivou. Fotovoltaický jev = vybuzení páru elektron (­) díra (+) jako přesun nosičů náboje do oblastí s odpovídajícími typy vodivosti.

Nakreslete a pomocí VA charakteristik vysvětlete princip zapojení fotodiody pro fotovoltaický a foto odporový režim činnosti.

Ve fotovoltaickém režimu pracuje fotodioda jako zdroj elektrické energie Využívá se tento jev u solárních baterií, které jsou vytvořeny soustavami velkoplošných fotodiod.

V odporovém režimu je pomocí rezistoru měřen proud protékající fotodiodou, když je připojen zdroj napětí v závěrném směru Rychlá odezva na změnu osvětlení Velký poměrný rozsah výstupního signálu

7. Bipolární tranzistory a Unipolární tranzistory

Tranzistory bipolární a Unipolární Základní činnost Základní vlastností tranzistoru je schopnost zesilovat – malé změny napětí nebo proudu na vstupu mohou vyvolat velké změny napětí nebo proudu na výstupu. Podle principu činnosti se tranzistory dělí na bipolární a unipolární. Polovodičové přechody tranzistoru vytvářejí strukturu odpovídající spojení dvou polovodičových diod v jedné součástce, většinu vlastností tranzistoru však dvojicí diod nahradit nelze. Každý tranzistor má (nejméně) tři elektrody, které se u bipolárních tranzistorů označují jako kolektor (C), báze (B) a emitor (E), u unipolárních jako drain (D),gate (G) a source (S). Podle uspořádání použitých polovodičů typu P nebo N se rozlišují dva typy bipolárních tranzistorů, NPN a PNP (prostřední písmeno odpovídá bázi). Unipolární tranzistory se rozlišují na N­FET a P­FET.

Rozdělení podle technologií, V-A charakteristiky, princip jednotlivých technologií – obecně

Bipolární Jsou řízeny proudem tekoucím do báze. Skládá se ze tří polovodičových vrstev P a N Na zesílení se podílí oba typy nosičů Nízkofrekvenční, vysokofrekvenční, spínací Nízkofrekvenční tranzistor nelze použít pro vysoké frekvence a naopak, kvůli kapacitě přechodu

Unipolární – (FET – Field Effect Transistor) Jsou řízeny napětím (elektrostatickým polem) na řídící elektrodě (gate). Tvořen křemíkovým monokrystalem s dotací typu N nebo P Po stranách dráhy source a drain je gate Na zesílení se podílí pouze jeden typ nosičů JFET – Řídící elektroda je tvořena závěrně polarizovaným přechodem PN. MESFET – Řídící elektroda je tvořena závěrně polarizovaným přechodem kov–polokov. MOSFET – Řídící elektroda je izolována od zbytku tranzistoru oxidem. MISFET – Obecný název pro tranzistor s izolovanou řídící elektrodou. Izolantem nemusí být jen oxid (např. nitrid…).

Bipolární tranzistory, princip NPN a PNP, značení vývodů, napětí a proudy na vývodech.

NPN

Napětí Ucb musí být vždy kladné

Napětí Ube musí být vždy kladné

Ube je rovno napětí na diodě v propustném směru – 0,6 ­> 0,7V

BE je polarizováno v propustném směru

CB je polarizováno v závěrném směru

Není­li na Bázi proud je tranzistor uzavřen

Proudový zesilovací činitel β dosahuje desítek až stovek

PNP

Napětí Ucb musí být vždy záporné

Napětí Ube musí být vždy záporné

Ube je rovno napětí na diodě v propustném směru ­ ­0,6 ­> ­0,7V

BE je polarizován v propustném směru

CE je polarizován v závěrném směru

Není­li na Bázi proud je tranzistor uzavřen

Proudový zesilovací činitel β dosahuje desítek až stovek

Proudový zesilovací činitel α, β Nejdůležitější provozní parametr BI tranzistoru Jsou závislé na nastavení pracovního bodu Proudový zesilovací činitel α využíváme u zapojení SB

Vstupní proud je proud emitoru a výstupní proud je proud kolektoru Zesilovací činitel α < 1 α = Ic/Ie|Ucb

Proudový zesilovací činitel β využíváme u zapojení SE, SC Pro určení činitele β zapojíme tranzistor SE Nastavíme Uce a proud do báze Tím jsme nastavili pracovní bod a můžeme změřit proud Ic Β = Ic/Ib | Uce

Zapojení tranzistoru SE, SB, SC, porovnání parametrů

Používá se hlavně na vysoké kmitočty

Řídící proud je proud emitoru

Kolektorový proud je menší o proud báze a proto zapojení SB nemůže zesilovat

Zesilovací činitel je menší nebo roven 1

Parametry

Malý vstupní odpor

Velký výstupní odpor

Zesilovací činitel žádný

Napěťové zesílení je velké

Výkonové zesílení je velké

Nejčastější zapojení

Malý vstupní proud báze vyvolá velký výstupní proud kolektoru

Parametry

Malý vstupní odpor

Velký výstupní odpor

Zesilovací činitel je střední

Napěťové zesílení je střední

Otáčí fázi o 180°

Výkonové zesílení je velké

Emitorový sledovač

Řídící proud je proud báze

Toto zapojení se používá tam kde chceme velký vstupní odpor

Parametry

Velký vstupní odpor

Malý výstupní odpor

Zesilovací činitel je střední

Napěťové zesílení žádné

Výkonové zesílení je střední

Nastavení pracovního bodu, teorie, schéma, princip

Nastavení pracovního bodu tranzistoru je proces, při kterém se nastaví určitý bod na zatěžovací charakteristice tranzistoru.

IE = IC + IB [IC = IE] poměr mezi IC a IB → proudové zesílení

Stabilizace pracovního bodu, teorie, schéma, princip

Stoupne­li kolektorový proud nebo okolní teplota, zvýší se teplota přechodů tranzistoru.

V závěrných vrstvách v okolí přechodů vznikne více nosičů nábojů a tím opět stoupne kolektorový proud a kolektorová ztráta (termo­elektrická kladná zpětná vazba)

Zatěžovací přímka - grafické řešení

V-A charakteristiky vysvětlit jednotlivé kvadranty

První kvadrant

výstupní charakteristiky a vyjadřují závislost Ic na napětí

ICE0 je zbytkový proud

Jedna z veličin je IB a druhá UBE Výstupní odpor můžeme určit z

Rvýst = UCE / IC

Druhý kvadrant

Převodní charakteristiky udávají závislost výstupního proudu Ic na vstupní veličině Ib nebo Ube

Třetí kvadrant

V­A charakteristiky polovodičové diody v propustném směru Báze emitor

Jsou ovlivňovány velikostí kolektorového napětí, který je parametrem těchto veličin

Čtvrtý kvadrant

Vyjadřují zpětný vliv výstupních parametrů tranzistoru na vstupní

Parametrem je vstupní veličina

Teplotní závislost parametrů bipolárních tranzistorů

Změna kolektorového proudu

Zbytkový proud kolektor­báze Icb0 a tedy i Ice0

Stejnoměrný proudový zesilovací činitel H21e

Napětí UBE potřebné pro nastavení proudu kolektoru

Teplotou prostředí, kolektorovou ztrátou, účinností chlazení

Výkonová ztráta

Výkonové ztrátě musí odpovídat chladič. Max. ztráta uváděná v katalogu je teoretická hodnota s ideálním chladičem. Skutečná ztráta při, které lze MOSFET provozovat je cca 2x ­ 5x nižší. Chladič musí být dostatečně velký a případně být doplněn o větrák (nucené chlazení). Tranzistor musí být ke chladiči vhodně připevněn. Vhodné je používat teplo vodivou pastu. Situace, kdy se tranzistor přehřeje, až se roztaví cín, a při tom chladič zůstane studený, je dosti častá :).

Tranzistor jako spínač, teorie, schéma, princip, VA charakteristika, popište funkci součástek

Tranzistor je jednou z polovodičových součástek, které umožňují bez kontaktní spínání zátěže

Pracuje ve dvou režimech: nevodivý a saturační režim

Bez zákmitu

P = IC * UCE

Úbytek napětí mezi C a E je minimální

Tranzistor jako zesilovač, teorie, schéma, princip, VA charakteristika

Základní funkce tranzistoru: Malé napětí vzbuzuje v obvodu báze proud, který je příčinou vzniku mnohem většího proudu v obvodu kolektorovém. Z toho plyne i hlavní využití tranzistoru jako zesilovače. I malá změna proudu v obvodu báze vyvolá velké změny v kolektorovém obvodu. Zesílení je u nových typů tranzistorů až v řádech 10 000.

Co je to saturace

Když je T max. otevřen napětím mezi c a e

Vyjmenujte a popište základní mezní parametry tranzistoru

Mezní parametry tranzistorů jsou výrobcem uvedeny v katalogu jako hlavní vodítko volby a výběru náhrady typu:

Maximální kolektorový proud Ikmax ( ≅ IE max) dán konstrukcí tranzistoru, plochou přechodů a odvodem tepla ze systému tranzistoru

Maximální kolektorové napětí UKmax dáno dovoleným závěrným napětím PN přechodu báze – kolektor (závisí na teplotě

přechodu a na hodnotě vnějšího odporu mezi bází a emitorem) Maximální kolektorový ztrátový výkon Pkmax

omezuje trvalou pracovní oblast v kolektorových charakteristikách hyperbolou, je podmíněn chlazením tranzistoru

Maximální proud báze Ibmax dán tavným proudem přívodu báze, bývá menší než Ikmax (přibližně 0,1 Ik max)

Maximální závěrné napětí Ube max je u difúzních a epitaxních tranzistorů poměrně malé, kolem 5 až 8 V ⇒ přepólování báze do závěrného směru ­ častá příčina zničení tranzistoru

Unipolární tranzistory

Indukovaný kanál

přenosová charakteristika

Při nulovém napětí na řídící elektrodě je výstupní proud nulový. Pokud napětí na řídící elektrodě překročí hodnotu prahového napětí UT, začnou se ze základní destičky vytrhávat nosiče a protéká proud. Zvyšováním napětí přibývá množství nosičů a proud roste.

výstupní charakteristika

Pro dané napětí řídící elektrody UGS při zvyšujícím se napětí UDS proud ID zpočátku prudce roste, ale vlivem zvětšování vyprázdněné oblasti u vývodu D se růst proudu zpomaluje, až dojde k nasycení kanálu a proud už se nemění.

Vodivý/zabudovaný kanál

přenosová charakteristika

Při nulovém napětí na řídící elektrodě je výstupní proud daný množstvím zbývajících volných nosičů ve vodivém kanálu. Při rostoucím kladném napětí řídící elektrody je množství nosičů vodivého kanálu obohacováno, s rostoucím záporným napětím naopak ochuzováno. Při dosažení záporné hodnoty prahového napětí UT jsou všechny nosiče z kanálu vytlačeny a proud přestane téct.

výstupní charakteristika

Pro dané napětí řídící elektrody UGS při zvyšujícím se napětí UDS proud ID zpočátku prudce roste, ale vlivem nerovnoměrně se zužujícího kanálu (vyprázdněná oblast u vývodu D se zvětšuje) růst proudu zpomaluje, až dojde k nasycení kanálu a proud už se nemění.

JFET kanál

přenosová charakteristika

Při nulovém napětí na řídící elektrodě UGS je výstupní proud ID největší, se snižujícím se řídícím napětím klesá k nule.

výstupní charakteristika

Pro dané napětí řídící elektrody UGS při zvyšujícím se napětí UDS proud ID zpočátku prudce roste, ale vlivem nerovnoměrně se zužujícího kanálu (vyprázdněná oblast u vývodu D se zvětšuje) růst proudu zpomaluje, až dojde k nasycení kanálu a proud už se nemění.

Princip: Unipolární tranzistor je polovodičová součástka skládající se z polovodičů typu N a P. Oproti bipolárnímu tranzistoru má jednu základní výhodu. Bipolární tranzistor potřebuje ke své činnosti výkon do bázového (v zapojení se společným emitorem) nebo emitorového (v zapojení se společnou bází) obvodu. Z principu funkce bipolárního tranzistoru plyne, že primární veličinou ve vstupním obvodu je proud, který teče buď do báze (zapojení SE) nebo do emitoru (zapojení SB) bipolárního tranzistoru. To neumožňuje integrovat větší množství (řádově tisíce) bipolárních tranzistorů na jediném čipu, neboť vzniklé Jouleovo teplo není miniaturní čip schopen odvést. Bipolární tranzistory se proto používají zejména v analogových integrovaných obvodech, kde není tak vysoká hustota integrace, a v číslicových obvodech malé a střední hustoty integrace. Pro obvody s vysokou hustotou integrace je potřeba tranzistor, jehož vstupním obvodem neteče proud (je řízený napětím, podobně jako elektronka). A to jsou tranzistory řízené polem, jinak nazývané FET (z anglického field effect transistor). Jejich princip je značně odlišný od principu bipolárního tranzistoru. Řídicí elektrodou tranzistorů typu FET teče buď jen velmi malý proud ekvivalentní proudu diody v závěrném směru, nebo je tato řídicí elektroda izolovaná od řízeného obvodu vrstvičkou SiO2, takže jí neteče prakticky žádný proud (má odpor cca 10

12 W ). Existují dva druhy unipolárních tranzistorů ­ JFET a MOSFET.

Použití: Používá se podobně jako bipolární tranzistor (tj. např. zesilovače či spínače), oproti němu má tu výhodu, že je řízen napětím. Jiný příklad použití je v logických obvodech. Konkrétní zapojení obvodu realizujícího logickou funkci negace je na obr. 8.

obr. 8: Zapojení obvodu NOT s unipolárním tranzistorem

Funkce obvodu: Není­li na vstupu žádné napětí (logická nula), je tranzistor zavřen, má velký odpor, neteče jím proud a na jeho výstupu je prakticky celé napětí zdroje, tedy logická 1. Je­li na vstupu napětí, je tranzistor otevřen, má malý odpor, tedy je na něm malé napětí a tedy na výstupu je logická nula.

9. Tyristory, triaky

Tyristor a triak

Tyristor

Polovodičová spínací součástka Z hlediska konstrukce je jako vysokonapěťový tranzistor, ke kterému je přidána vrstva

p+ ta je využita jako řídící elektroda „gate“ Obsahuje tři přechody Je­li na anodě vůči katodě záporné napětí je polarizován v závěrném směru J1 a J3 jsou polarizovány v závěrném směru Tyristor je zavřený a představuje vysokou impedanci

Překročením napětí v závěrném směru vznikne lavinový průraz a začne narůstat proud v

závěrném směru Je­li na Gate vůči Katodě nulové napětí chová se jako čtyřvrstvá dioda Otevřením přívodu záporného napětí na T1, proud do Báze způsobí otevření a ten

způsobí otevření T2 – probíhá lavinově

Blokující oblast -108 Ohmu Na anodě vůči katodě je kladné napětí UAK – Gatem neteče proud – přivedením proudu

na gate se zvětší blokovací proud a zkrátí se blokovací oblast, spínací napětí se zmenší

Spínací oblast

UB0 – dochází k lavinovému průrazu ­> vodivý stav

Vodivá oblast

Proud je omezen zátěží

Závěrná oblast

J1 a J2 – v závěrném směru ­> velký odpor, nepatrný proud IR

Důležité parametry

UR(BR) – napětí v závěrném směru, závěrná oblast přechází do oblasti průrazu UR – napětí v závěrném směru při kterém můžeme tyristor trvale zatěžovat URRM – opakovatelné špičkové napětí v závěrném směru IR – závěrný klidový proud IRRM – závěrný špičkový opakovatelný proud

Spínaní tyristoru Rychlost ovlivňuje konstrukce PNPN Spínací napětí je silně teplotně závislé Pomocí Gatu – přivedením malého proudu zůstane sepnut Rz – při otevření poklesne napětí D – ochrana hradla

Doba zpoždění Interval od nástupu hrany, kdy anodový proud dosáhne 10% v sepnutém stavu

Doba vzrůstu

Anodový proud narůstá o 90% v sepnutém stavu

Doba rozšiřování

Rozšíření oblasti gatu na celou plochu PN

Vypínání tyristoru Snížením anodového proudu pod IH

Dva principy pro vypínání tyristoru

Synchronní ­> rychlá změna proudu na Rz vyvolá elektromagnetické rušení Fázoví ­> určitým počtem půlperiody sepnut a vypnut

Triak Pro řízení výkonu zátěží napájených střídavým proudem v obou půleriodách napětí Antiparalelní zapojení dvou tyristorů Triakem teče proud v obou půlperiodách (větší chlazení je třeba) spínání je jako u tyristoru (triak spíná ve všech čtyřech kvadrantech)

10. Zdroje

Zdroje Elektro-motorické napětí je elektrické napětí, které vytvoří jiná forma energie uložená v elektrickém zdroji přepočtená na jednotkový elektrický náboj. Elektromotorické napětí je novější a správnější název elektromotorické síly (EMS). Název EMS vznikl při objevu galvanických zdrojů elektřiny. Elektromotorické napětí můžeme označit i jako vnitřní napětí elektrického zdroje Ue. Elektromotorické napětí je napětí mezi póly ideálního zdroje (bez vnitřního odporu) nebo napětí mezi póly reálného nezatíženého zdroje (zdroje mimo elektrický obvod). Elektromotorické napětí vzniká z práce neelektrických sil při přemisťováni náboje (částic s elektrickým nábojem) proti síle elektrického pole uvnitř zdroje.

Druhy zdrojů chemické zdroje (galvanické články)

Jednorázové (po spotřebování energie se nedá napětí obnovit – též zvané primární články) – Voltův článek, salmiakový článek (Leclancheův článek), alkalický článek

Dobíjitelné (po spotřebování energie se dají opětovně nabít – též zvané akumulátory nebo řidčeji sekundární články) – olověný akumulátor, alkalický akumulátor

palivové články mechanické zdroje (generátory) – dynamo, alternátor tepelné zdroje – termočlánek (termoelektrický článek) fotoelektrické zdroje – Fotovoltaický článek (sluneční článek) fyziologické zdroje ­ elektroplaxy rejnoka, paúhoře

Výkon elektrického zdroje

Elektrický zdroj vykonává v elektrickém obvodu elektrickou práci. Velikost této práce za jednotku času je elektrický výkon zdroje. Podle vnitřního odporu lze rozdělit elektrické zdroje na tvrdé zdroje, to jsou takové zdroje, jejichž vnitřní odpor je menší než 1Ω a tedy mají menší úbytek napětí na zdroji při zatížení. Měkké zdroje, jsou zdroje s vnitřním odporem větším než 1Ω. Mezi tvrdé zdroje patří např. olovnatý akumulátor, alkalické články. Mezi měkké zdroje patří např. vybitá baterie AA.

Porovnání zdrojů Nejlepší je stříbro­zinkový akumulátor, má malou samo nabíjecí schopnost v čase

název zdroje elektromotorické napětí typické použití

saliamkový článek 1,5 V obyčejné baterie

alkalický článek 1,5 V kvalitnější baterie

olověný akumulátor 12,2 V +) automobil

Li­lon 3,7 V mobilní telefon

malý alternátor 6 V jízdní kolo

velký generátor 20 000 V elektrárna

termočláne Fe ­ konstant

0,002V ++) doplňkový zdroj

fotoelektrický článek 0,5 V družice

+) 6článků v sériovém zapojení ++) při rozdílu teplot 40 °C

Elektrický zdroj v obvodu Po připojení zdroje do uzavřeného elektrického obvodu začne obvodem procházet elektrický proud. Na rozdíl od elektromotorického napětí však proud kromě zdroje závisí také na dalších parametrech obvodu.

a) obecná značka baterie a značka více­článkové baterie, b) značky pro zdroje, c) generátor Jestliže záleží na polaritě zdroje, pak se ve značce u jednotlivých pólů vyznačí + a ­. Nezáleží­li na polaritě, není nutno + a − vyznačovat.

Vnitřní odpor

Protéká­li elektrický proud obvodem, protéká také elektrickým zdrojem. Ideální zdroj neklade proudu žádný odpor, jeho vnitřní odpor je nulový a svorkové napětí (napětí na svorkách zdroje) má vždy stejnou velikost jako elektromotorické napětí. U reálných zdrojů se projevuje jejich vnitřní odpor a napětí na svorkách zatíženého zdroje je menší než elektromotorické napětí.

Výpočet svorkového napětí U zdroje (napětí zatíženého zdroje) s elektromotorickým napětím Ue (napětí nezatíženého zdroje), je­li vnitřní odpor zdroje Ri a obvodem protéká proud I:

Vnitřní odpor pak vypočítáme:

Sériové zapojení zdrojů

Sériové zapojení dvou a více zdrojů má za následek zvýšení celkového elektromotorického napětí:

Větším elektromotorickým napětí se dosáhne zvětšení výkonu zdroje, nevýhodou je zvětšení celkového vnitřního odporu:

Sériové zapojení zdrojů se uskutečňuje vodivým spojením pólů s opačnou polaritou. Prakticky se používá např. v plochých bateriích (3 suché články = 3 × 1,5 V = 4,5 V), v kapesních svítilnách (sériové zapojení více baterií), v automobilových akumulátorech (6 jednoduchých akumulátorů = 6 × 2 V = 12 V), ap.

Paralelní zapojení zdrojů

Paralelním zapojením dvou a více zdrojů se nezvyšuje elektromotorické napětí, ale celkový elektrický výkon zdrojů, které jsou schopny dodávat při stejném napětí větší elektrický proud. Důležitou podmínkou je stejná velikost elektromotorických napětí jednotlivých zdrojů, aby nedocházelo k tomu, že silnější zdroj bude způsobovat elektrický proud opačného směru ve slabším zdroji. To by představovalo ztráty elektrické energie, v chemických zdrojích by to mohlo způsobit nežádoucí chemické změny. Paralelní zapojení se uskutečňuje vodivým spojením pólů se stejnou polaritou. Praktické použití je v rozvětvených elektrických obvodech, kde se elektrický proud rozděluje do více větví a je třeba, aby celkový elektrický proud dodávaný zdrojem měl dostatečnou velikost

Pulsní zdroje (polovodičové)

AC ­ střídavý signál DC ­ stejnosměrný signál PWM ­ pulsně šířková modulace OSC ­ oscilátor COMP ­ komparátor REF ­ zdroj referenčního napětí

Popis funkce

Spínaný zdroj: nemusí mít všechny části (výstupní filtr), často má některé navíc (vstupní usměrňovač)

Podmínka jeho činnosti: je mít ss vstupní napětí bez střídavé složky (při kmitočtu 50 Hz by mohla snadno projít přes filtr na výstup)

Existují dvě základní možnosti

Vstupní napětí je stejnosměrné (s velmi malým vnitřním odporem), náročnost na výstupním filtru

vstupní napětí je střídavé (po usměrnění usměrňovačem na vstupu je třeba vyhladit jeho zbytkové zrnění výstupním filtrem)

11. Usměrňovače

Usměrňovače

Jednocestný usměrňovač

Na vstup se přivádí stříd.napětí U1.na na výstupu je stejnoměrný napětí U2. Do jedné cesty stříd. vstupního signálu je zařazena usměrňovací dioda. Poznámka:+na zatěžovacím odporu je nahoře. Průběh vstupního stříd napětí U1 a průběh jemu odpovídajícího tvaru výstupního usměrněného stejnosměrného tepového napětí U2. Z celé periody T1 se se na výstupu objeví jen část periody T2 (tzv. kladná půlperioda “+”). Pro periodu T1 a T2 platí vztah : T1=T2. Obecně mohou být realizovány usměrňovače:

polovodičové (křemíkové, germaniové, selenové, …) elektronkové rtuťové

V současné době se používají téměř výhradně usměrňovače křemíkové. Pro průmyslové účely se na přeměnu střídavého na stejnosměrný proud používalo dříve také spojení elektromotoru a dynama ­ motorgenerátor (neboli Ward Leonardovo soustrojí). Z hlediska principu činnosti rozlišujeme tři typy usměrňovačů:

neřízený usměrňovač (diodový) řízený usměrňovač (tyristorový, polořízený nebo plně řízený) aktivní usměrňovač (na bázi IGBT tranzistorů)

Z hlediska připojení na napájecí síť lze rozlišit usměrňovače jednofázové (jednocestný/jednopulsní, dvoucestný/dvoupulsní) třífázové (šestipulsní nebo dvanáctipulsní) vícefázové

Dvoucestný usměrňovač

Výhoda ­ není nutné používat transformátor v kladné půlperiodě (+) sinusového průběhu jsou otevřeny diody (D3,D4). V záporné půlperiody (­) sinusového průběhu jsou otevřeny diody (D2,D1). Na zatěžovacím odporu R2 je polarita stejnosměrného napětí podle schematu

Průběh vstupního stříd napětí U1 a jemu odpovídající průběh stejnosměrného (dvoucestného usměrněného ) tepavého napětí U2. Dvoucestný usměrňovač (Graetzův můstek) usměrňuje obě půlperiody vstupního stříd (sinusového) napětí U1. Na výstupu se objeví nejdříve kladná půlperioda a pak záporná. Plocha pod osou X je oproti jednocestnému usměrnění dvojnásobná. Pro vztah mezi periody T1 vstupního stříd napětí U1 a periody T2 výstupního usměrněného U2napětí platí : T1=T2*T2.

Řízené usměrňovače Ty ­ je schopen usměrňovat (propouštět) kladné nebo záporné půlperiody stříd napětí a to od okamžiku , kdy se na řídící elektrodu G přivede impuls pro jeho uvedení do vodivého stavu a je otevřen ,ale jen po dobu trvání tété půlvlny awž do průběhu stříd průběhu O potom se uzavře.

Tyristorové usměrňovače Obvod s tyristorem (dvojpol) se zapojuje do série ke spotřebiči. Při záporné půlperiodě záporného napětí U1 se přes D1 začne nabíjet C.D2 je zavřená , na řídící katodě tyristoru je polarita, kdy je tyristor v nevodivém stavu.

12. Filtrace a stabilizace napětí a proudu

Filtrace a filtrační členy

Filtrace v usměrňovačích Usměrněné napětí za usměrňovačem není stálé jako např. stejnosměrné napětí z akumulátoru, ale je zvlněné. Průběh tohoto zvlnění je závislý na typu usměrňovače. Elektronické obvody vyžadují stejnosměrné napájecí zdroje s malým zvlněním. Ta usměrňovače je nutné zařadit filtr, který zvlnění potlačí. Volba typu filtru záleží na velikosti odebíraného proudu a na tom jak je dokonalé třeba zvlnění usměrněného napětí vyhladit. Velikost zvlnění se vyjadřuje činitelem zvlnění. Kde Um je špičková hodnota střídavé složky v usměrněném napětí, Ud stejnosměrné napětí. Schopnost filtru potlačit zvlnění definuje činitel filtrace F.

Je dán vztahem:F = U2maxU1max

kde U1max je maximální hodnota střídavé složky(zvlnění před filtrem) před filtrem U2max je maximální hodnota střídavé složky(zvlnění před filtrem) za filtrem

Filtrační členy K filtraci usměrněného napětí se používají různé pasivní, aktivní součástky a jejich kombinace.Na obrázku a je filtr tvořený pouze kapacitou. Kondenzátor C se někdy nazývá nárazový. Činitel filtrace a hodnota napětí U2 jsou velmi závislé na zátěži Z R . Usměrňovací dioda je velmi namáhaná proudovými špičkami, kterými se dobíjí kondenzátor. Na obrázku b je filtr RC. Rezistor omezuje vrcholy průběhu proudu, filtrace je v porovnání s kapacitním filtrem lepší. Výstupní napětí je velmi měkké. Filtr složený z jednoho článku CRC je na obrázku c. Filtrační účinek se stejnou hodnotou celkové kapacity je lepší než v předcházejícím případě. Nestačí­li konfigurace podle obrázku řadí se více článku CR za sebou. Tak vznikne filtr na obrázku d. Na obrázku e je filtr LC. Indukčnost tlumivky omezuje proudové nárazy neboť prodlužuje dobu nabíjení kondenzátoru. Na obrázku f je zapojení filtru CLC. Tento typ filtru se v menších elektronických přístrojích používal ( v rozhlasových přijímačích).Nevýhodou je, že indukčnost musí být poměrně velká.

Filtry RC Filtry RC patří k pasivním filtrům. V podélné větvi mají rezistory R, v příčné větvi mají kondenzátory C. Nazývajíce také odporové filtry. Filtry RC pracují jako dělič složený z rezistoru R a kondezátoru C.

Filtry LC Filtry LC jsou jednoduché, ale mají tu nevýhodu, že na rezistoru R filtru vznikají poměrně velké ztráty stejnosměrného výkonu. Proto se k filtraci malých proudu používají filtry LC. Filtry LC pracují jako dělič složený z cívky L a kondenzátoru C.

Stabilizace napětí a proudu Jejich úkolem je udržovat stálé napětí na zátěži buď při kolísajícím napětí zdroje nebo při změnách zatěžovacího proudu. Zapojují se mezi napájecí zdroj a zátěž. Používají se tři způsoby stabilizace stejnosměrného výstupního napětí.Jedná se o tyto stabilizátory: a) Pasivní – využívají ke stabilizaci nelineární prvek, dosahují malé účinnosti, používají se jako zdroje referenčního napětí nebo pro napájení přístrojů s malým odběrem. b) Aktivní – využívají ke stabilizaci zpětnovazební obvod. Pracují na základě dvou principů: ­ spojité regulace, mají střední účinnost,používají se pro přístroje s malým a středním odběrem. c) Pulsní regulace – její účinnost je 65 – 80% a používají se pro napájení digitálních obvodů

Pasivní stabilizátory u pasivních stabilizátorů se využívá nelineární V­A charakteristiky nelineárních prvků, především Zenerovy diody. Tyto stabilizátory se Zenerovou diodou používají tam, kde není velký odběr proudu.Zenerova dioda je zvláštním typem diody, u které je technologickou úpravou dosaženo toho,že průrazné napětí v závěrném směru má hodnotu jednotky voltů a že tento průraz není destruktivní.dioda je zapojena do obvodu tak,že její pracovní bod je pravé v oblasti tohoto průrazu.

Ze zapojení na (obrázku a) je zřejmé,že stabilizační dioda je polarizovaná v závěrném směru a je připojena paralelně k zatěžovacímu odporu Z R .Mezi tímto obvodem a stejnosměrným zdrojem je zapojen sériově rezistor S R .průsečík V­A charakteristiky tohoto rezistoru se závěrnou charakteristikou diody určuje pracovní bod stabilizátoru. Proud diodou nesmí klesnout pod IDmin, neboť dioda v koleně své charakteristiky ztrácí stabilizační vlastnosti. Dále tento proud nesmí vzrůst na IDmax, neboť je toto hodnota stanovená výrobcem. Bude­li stabilizátor zatížen rezistorem Rz , proud ID se sníží o proud I2. Nenulová hodnota vnitřního odporu diody RD způsobuje sklon pracovní části V­A charakteristiky, a tím změny výstupního napětí stabilizátoru při změně zatěžovacího proudu.

Návrh stabilizátoru Návrh stabilizátoru se rozumí Volba správného typu Zenerovy diody. a) Napětí zenerovo je stejné jako výstupní napětí b) Výkon (strátový výkon) Zenerovy diody volíme stejné nebo větší než je výkon procházející do zátěže. c) Proud tekoucí zenerovou diodou by měl být stejný nebo větší než proud do zátěže d)Výpočet předřadného rezistoru.

Tranzistorové stabilizátory Principem tranzistorových stabilizátorů stejnosměrného napětí je porovnávání výstupního napětí se stabilním referenčním napětím.odchylka napětí se zesílí, a tak přivírá nebo otevírá stabilizační tranzistor,který mění svou vodivost.Tím se kompenzuje odchylka požadované hodnoty výstupního napětí.Používají se dvě základní zapojení: se stabilizačním tranzistorem zapojeným paralelně nebo zapojeným do série.na obrázku a je zapojení s paralelně řazeným stabilizačním tranzistorem, který tu zastupuje funkci stabilizační diody..Tranzistor mění svou vodivost (svůj odpor) podle hodnoty odchylky napětí 2 U , a tím se mění úbytek na stabilizačním rezistoru S R ,a napětí 2 U se stabilizuje. Stabilizátory se sériovým stabilizačním tranzistorem obrázek b, který představuje proměnný rezistor S R z předcházejícího zapojení.

Princip zapojení stabilizátoru se stabilizačním tranzistorem a) Paralelní,b) Sériový

13. Spínané zdroje

Spínané zdroje

Druhy spínaných zdrojů: podle typu vstupího a výstupního napětí: DC/DC ­ stejnosměrný měnič DC/AC ­ střídavý měnič,výstup není usměrněn, může mít sinusový průběh AC/DC ­ zdroj stejnosměrných napětí, s jednou či více hladinami výstupního napětí AC/AC ­ měnič stříd proudu, liší­ li se kmitočet na výstupu od vstupního, označujeme je též jako kmitočtový měnič

s kmitočtem sítě bez transformátoru s transformátorem

pulsní regulace v primární části pulsní regulace v sekundární části

s kmitočtem vyšším než síťovým jednočinný blokující měnič

měnič s jedním spínačem měnič se dvěma spínači

jednočinný propustný měnič měnič s jedním spínačem měnič se dvěma spínači

dvoučinné měniče protitaktní dvojčinný se čtyřmi spínači dvojčinný s kapacitními děliči

dvojitý propustný měnič

Rozdíly (spínané x lineární zdroje): Rozdíl mezi spínaným a lineárním zdrojem (se spojitou regulací) je hlavně ve způsobu používání výkonového regulačního členu. Ve spínaných zdrojích je výkonový člen zatěžován impulsně. Je střídavě spínán a rozpínán. Využívají se výhody impulsního režimu daného prvku. V impulsním režimu může být odebíraný impulsní výkon podstatně větší, než jaký je možné odebírat v lineárním režimu s použitím stejného výkonového prvku.

Výhody a nevýhody (spínané x lineární zdroje): Výhody:

mají vyšší účinnost jsou výhodnější tam, kde je velký rozdíl mezi vstupním a výstupním napětím malé rozměry i přes větší obvodovou složitost jsou ekonomicky výhodnější

Nevýhody: pomalejší reakce výstupního napětí na rychlé změny zatěžovacího proudu při požadavku malého zvlnění se musí uvažovat vliv impulsního charakteru zdroje jsou zdrojem rušivých signálů, které generují spínací prvky

Blokové schéma spínaného zdroje

Princip činnosti spínaného zdroje a blokové schéma Základním principem spínaných zdrojů je, že jejich regulace probíhá nespojitě. To je také hlavní rozdíl oproti lineárním zdrojům, kde je regulace spojitá. Nespojitá regulace probíhá pouze v určitých, časově omezených intervalech, to nám umožňuje výrazně snížit výkonovou ztrátu na regulačním prvku. Regulační prvek (tranzistor) v těchto zdrojích pracuje jakořízený spínač. Z toho je patrné, že proud řízeným spínačem protéká pouze po určitý interval z pracovního cyklu. Další velmi důležitou vlastností je to, že výkonová ztráta spínacího prvku je téměř nezávislá na rozdílu vstupního a výstupního napětí. Podmínkou možnosti realizace impulsní regulace je vzájemná součinnost výstupního filtru a regulačního prvku. Výstupní filtr musí mít oproti filtru ve spojitém regulátoru mnohem vyšší akumulační schopnost, většinou se používá LC člen. Princip činnosti je, že většina energie dodávaná v aktivním intervalu pracovního cyklu Ta (spínač je sepnutý) je filtrem akumulována. V pasivním intervalu Tb (spínač je rozepnutý) je zátěž napájena energií, která se v předchozím intervalu naakumulovala ve filtru. Pomocí zpětnovazební smyčky řídíme jednotlivé délky časových intervalů T. Řízením jednotlivých časových délek intervalů T a a Tb a a Tb pomocí zpětnovazební smyčky se snažíme minimalizovat odchylku výstupního napětí od jmenovité hodnoty.

Blokující měnič:

Spínač představuje náhradu polovodičového spínače (tranzistoru) Doba sepnutí spínače – proud v cívce se lineárně zvětšuje po dobu sepnutí spínače, rychlost růstu proudu je úměrná napětí na cívce. Dioda je uzavřená, narůstá energie magnetického pole cívky. Doba rozepnutí spínače – proud tekoucí cívkou klesá k nule, indukuje se na cívce napětí s opačnou polaritou, dioda se otevře a proud dobíjí kondenzátor. Energie magnetického pole cívky se mění na energii elektrického pole kondenzátoru. Stálým spínáním a rozpínáním spínače se zvyšuje napětí na kondenzátoru Použití: zdroj vysokého napětí pro blesk ve fotoaparátu

Propustný měnič:

Spínač představuje náhradu polovodičového spínače (tranzistoru) Doba sepnutí spínače – proud v cívce se začne lineárně zvyšovat po dobu sepnutí spínače, rychlost růstu proudu je úměrná rozdílu napětí mezi vstupem a výstupem, kondenzátor je proudem v cívce dobíjen. Dioda je uzavřená, narůstá energie magnetického pole cívky Doba rozepnutí spínače – proud tekoucí cívkou klesá k nule, indukuje se na cívce napětí s opačnou polaritou, dioda se otevře a proud dobíjí kondenzátor. Energie magnetického pole cívky se mění na energii pole kondenzátoru. Výstupní napětí může dosáhnout maximálně napětí vstupního

Spínané zdroje s vyšším pracovním kmitočtem: Tyto zdroje se označují také jako impulsní. Využívají impulsní regulaci. Výstupní napětí Us je stabilizováno zásahy regulačního členu pouze v určitých, časově omezených intervalech Ta. Impulsní regulace umožňuje výrazně redukovat výkonovou ztrátu na regulačním členu. Regulační prvek, což je v tomto případě tranzistor, pracuje jako řízený spínač. Proud jím

prochází pouze po určitý interval pracovního cyklu. Jelikož se tranzistor vždy maximálně otevře a pak úplně zavře, tak je výkonová ztráta podstatně menší, než u lineárního regulátoru.

14. Zesilovače

ZESILOVAČ

Rozdělení zesilovačů Zesilovače rozdělujeme:

stejnosměrné zesilovače o nízkofrekvenční ­ zesilují frekvence v pásmu od 20Hz do 20000Hz (pásmo slyšitelné) o vysokofrekvevenční ­ Pracují v úzkých frekvenčních pásmech okolo nosné frekvence.

podle velikosti vstupního signálu : o předzesilovače –zesilují signály malé úrovně (anténní zesilovače) o výkonové zesilovače­ chceme od nich velké výkonové zesílení

podle šířky přenášeného pásma: o úzkopásmové­ šířka přenášeného frekvenčního pásma je malá vzhledem ke střední frekvenci. o širokopásmové­vzhledem ke střední frekvenci zesilují velmi široké pásmo

podle pracovních tříd – jsou dány polohou pracovního bodu na charakteristikách jsou čtyři třídy A,B,AB,C Podle použitých aktivních součástek

o elektronkové zesilovače o tranzistorové zesilovače o zesilovače s integrovanými obvody o zesilovače s jinými součástkami (výbojky, relé, optoelektrické prvky … )

Podle druhu a kmitočtu vstupního signálu o nízkofrekvenční (20 Hz ­ 20 kHz. Použití v elektroakustických zařízeních) o vysokofrekvenční (20 kHz a výše. K bezdrátovému přenosu zpráv ) o impulzové (Používá se tam, kde se pracuje s impulzy …. Televizní technika, PC, radiolokace) o stejnosměrné (podstatná součást měřicích a regulačních zařízení, analogových počítačů atp.) o mikrovlnné (řádově GHz) o operační zesilovač

Podle velikosti vstupního (budícího) signálu o předzesilovače ­ zesilují signály malé úrovně o výkonové zesilovače – zesilují signály z předzesilovačů na požadovaný výkon

Podle počtu stupňů o jednostupňové o vícestupňové

Podle šířky přenášeného (zesilovaného) kmitočtového pásma o úzkopásmové o širokopásmové

Podle vazby mezi zesilovacími stupni o s vazbou RC (kapacitní vazba) – patří mezi nejpoužívanější vazby. o s transformátorovou vazbou o s přímou vazbou

Podle polohy klidového pracovního bodu

Zesilovač třídy A Je charakterizován tím, že tranzistorem prochází proud po celou dobu periody vstupního střídavého signálu Zesilovač třídy A má nejmenší zkreslení a zároveň má, ale i malou energetickou účinnost.

Zesilovač třídy B Je charakterizován tím, že jim prochází elektrický proud přesně po dobu poloviny periody. Zesiluje pouze polovinu sinusového průběhu přivedeného na vstup Pracovní bod zesilovače ve třídě B je umístěn na hranici otevření. Tranzistor zesiluje pouze jednu polaritu. Pracovní bod zesilovače třídy A je umístěn pokud možno v lineární části. Zesilovač třídy A je otevřen a zesiluje obě polarity.

Třída AB Tato třída je kompromisem mezi třídami A a B. Konstrukčně je zesilovač stejný, jako zesilovač v třídě B, ale s tím rozdílem, že třída AB má zavedený malý klidový proud. To znamená, že tyto zesilovače nevykazují tak velké přechodové zkreslení, jako zesilovače v třídě B. Třída AB také není tak energeticky náročná jako třída A. Z těchto důvodů se staly zesilovače třídy AB velice oblíbenými, většina lineárních zesilovačů pracuje právě v této třídě.

Zesilovač třídy C V pracovní třídě C zesilovače je klidový pracovní bod tranzistoru posunut za bod zániku kolektorového proudu. Větší amplitudy vstupního napětí otevírají tranzistor, který propouští a zesiluje méně než polovinu vstupního sinusového signálu Zesilovač zesiluje pouze část jedné polarity.

Třída D Tyto zesilovače již nejsou lineárními zesilovači, protože používají techniku pulzně šířkové modulace. Pro tyto zesilovače se vžilo označení digitální. Největší výhodou této konstrukce je vysoká účinnost, až 80% (zesilovače třídy B mají účinnost menší než 50% a s třídou A je to ještě horší). Tato vysoká účinnost vyplývá z principu činnosti výkonových tranzistorů zesilovače. Tyto jsou totiž buď plně sepnuty, nebo úplně vypnuty. Z toho vyplývá ale i nevýhoda - větší zkreslení, než mají zesilovače tříd A a AB. Zesilovače třídy D jsou ale relativně nové a jsou tedy ještě ve vývoji (lze tedy očekávat zlepšení technologie)

Třída G Třída G využívá koncový stupeň koncipovaný v třídě AB. Tato třída se liší systémem napájení. Napájecí napětí není stálé, ale podle potřeby se ve stupních mění. Pro vyšší výstupní výkon je zesilovač napájen vyšším napájecím napětím. (Při dosáhnutí určitého nastaveného výstupního výkonu se připojí vyšší napětí) Tím se zvyšuje účinnost a zesilovač tak může být menší a lehčí než zesilovač třídy AB.

Třída H Tato třída pracuje na stejném principu jako třída G s tím rozdílem, že napájecí napětí není připojováno skokově, ale přesně sleduje velikost vstupního signálu. Tím je zaručena potřebná výše napájecího napětí pro aktuální výstupní výkon. Výhodou je ještě vyšší účinnost než u třídy G ale nevýhodou je již dost komplikované zapojení.

Třída S Zesilovače třídy S jsou novější modifikací zesilovačů třídy D. S zesilovače jsou také digitální, ale mají vylepšenou konstrukci, a proto nepotřebují na výstupu LC filtr pro odstraňování spínací frekvence. Říká se jim taky digitální filterless zesilovače.

Třída T Toto označení bylo zavedeno a je používáno firmou Tripath. Tyto zesilovače pracují jako zesilovače ve třídě D, ale mají vylepšenou technologii řízení. Výsledkem je účinnost zesilovače až 90% a perfektní zvukové vlastnosti.

Jednostupňový zesilovač

Obrázek a- Jednostupňový zesilovač Funkce: Kondenzátory C1 a C2 odfiltrují stejnosměrnou složku od střídavé složky. Rezistory R1 a R2, které jsou zapojeny do děliče nastavují pracovní bod. Rezistor R3 = pracovní impedance převádí změny proudu Ic na změny úbytku napětí. Rezistor R4 = tepelná stabilizace. Pokud není R4 připojen výstupní charakteristiky se vlivem zahřívání tranzistoru mohou posunout.

Výkonové zesilovače Úkolem výkonových zesilovačů (koncových) je zesílit signál předzesilovačů na výkon požadovaný zátěží (reproduktory) připojeny pomocí výstupního transformátoru nebo bez něj. Používá se dvojčinné zesílení, kde se zesiluje kladná půlvlna zvlášť a záporná taky zvlášť. Proto je nutné použít 2 zesilovače třídy B zapojené paralelně.

Činnost zesilovače Transformátor Tr1 slouží pro získání dvou symetrických signálů posunutých fázově o 180°. Při kladných půlvlnách se otevírá tranzistor T1 při záporných tranzistor T2. Ve výstupním transformátoru Tr2 se zesílené kolektorové proudy sčítají.

Obrázek b- Invertují zesilovač Pro buzení výkonových dvojčinných zesilovačů a pro získání invertovaného signálu, se používá zapojení s tranzistorovým invertorem bez transformátoru. Tranzistor T1 je zapojen se společným emitorem, tranzistor T2 se společnou bází. Signálový proud Ie na emitoru je ve shodné fázi s napětím U1 a budí emitor tranzistoru T2. Signál na kolektoru tranzistoru T2 je v opačné fázi než signál na kolektoru tranzistoru T1. Výstupní signál U2 má proto opačnou fázi než výstupní signál

Emitorový sledovač Napětí vzniká na emitorovém odporu, ale nízké hodnoty (menší než vstupní). Tranzistor pracuje se 100% proudovou zpětnou vazbou. Napětí se odvádí z emitoru, a proto nedochází k fázovému posunu. Proudové zesílení je přímo úměrné zesilovacímu činiteli tranzistoru. Výhoda: Velký vstupní odpor (nezatěžuje předchozí obvody), nízký výstupní (přenos signálu na velké vzdálenosti) odpor

Parametry Zesílení (gain) Zesílení je, stejně jako přenos obecného dvojbranu, určeno jako poměr výstupní a vstupní veličiny. Rozdíl mezi fázemi vstupního a výstupního signálu je způsoben zpožděním signálu při průchodu obvody zesilovače. Zesílení je proto komplexní veličina. Zesílení budeme označovat písmenem A, v některých publikacích je používáno písmeno K. Modul zesílení určíme jako absolutní hodnotu poměru výstupní a vstupní veličiny (např. poměru amplitud, efektivních hodnot atd.) za předpokladu buzení zesilovače harmonickým signálem. Podle typu zesilovaného signálu může být vstupní případně výstupní veličinou napětí, proud nebo výkon. A < 1 — je signál dvojbranem zeslaben (útlum signálu), A = 1 — výstupní signál má stejnou amplitudu jako vstupní, dvojbran je využíván pro jiné funkce než pro zesílení, A > 1 — signál je obvodem zesílen Je definováno pět typů zesílení (jsou uvedeny vztahy pro modul přenosu, označení napětí a proudů odpovídají. zesílení napět'ové: Au=U2/U1 (napětí výstupního signálu/napětí vstupního signálu) zesílení proudové: Ai=I2/I1 (proud výstupního signálu/proud vstupního signálu), zesílení výkonové: Ap=P2/P1=U2.I2/U1.I1 (výstupní výkon signálu/výkon vstupního signálu), zesílení transimpedanční: Au/i=U2/I1 (napětí výstupního signálu/proud vstupního signálu), zesílení transadmitanční: Ai/u=I2/U1 (proud výstupního signálu/napětí vstupního signálu). Kmitočtová charakteristika (frequency characteristic, frequency response) Kmitočtová charakteristika má dvě složky: — amplitudovou — fázovou.

Amplitudová (modulová) charakteristika (Amplitude Response) znázorňuje závislost modulu zesílení A na kmitočtu (obr. 4.1.2a,c). Fázová charakteristika (Phase Response) znázorňuje kmitočtovou závislost fázového posuvu (obr. 4.1.2b,d). Obr. 4.1.2a,b znázorňuje kmitočtové charakteristiky střídavého zesilovače. Vidíme, že počáteční část charakteristik připomíná derivační, koncová část integrační článek. Ve střední části je téměř konstantní zesílení a konstantní fázový posuv vý­stupního signálu. Z obr. 4.2.1c,d je zřejmý rozdíl mezi charakteristikami střídavého a stejnosměrného zesilovače.

POZNÁMKA: Protože na mezních kmitočtech dochází oproti středním kmitočtům k fázovému posuvu o 45°, mají kvalitní zesilovače definovanou toleranci změny zesílení v oblasti středních kmitočtů menší, např. pro pokles zesílení o 1 dB namísto o 3 dB. Zesilovač nedokáže zpracovávat libovolný signál, slabé signály splynou se šumem, při velkém vstupním signálu dojde k omezení výstupu konečnou hodnotou napájecího zdroje, parametry a zapojením aktivních prvku (tranzistoru). Dynamický rozsah určuje převýšení maximální úrovně vstupního signálu U2max, nad jeho minimální úrovní U1min, při které nedojde k nedovolenému zkreslení výstupního signálu. Úroveň nejmenšího signálu by měla být asi 10 dB nad úrovněmi poruch.

Vstupní impedance (input impedance) specifikuje velikost zatížení předchozího obvodu zesilovačem. Výstupní impedance (output impedance) Jak poznáme v dalším výkladu, můžeme si výstup zesilovače v souladu s Théveninovou, případně Nortonovou, poučkou představit jako zdroj napětí nebo proudu. Výstupní impedance je vnitřním odporem tohoto zdroje. Zkreslení (distortion) Ke zkreslení dochází tehdy, když se mění přenos dvojbranu s kmitočtem nebo s okamžitou hodnotou přenášeného signálu. Z tohoto hlediska dělíme zkreslení na kmitočtová a nelineární. Nelineární zkreslení Vzniká v systému, ve kterém není výstupní amplituda lineární funkcí amplitudy vstupního signálu. Nelineární zkreslení je zpravidla definováno pro konstantní kmitočty vstupního a výstupního signálu. Hlavními formami nelineárního zkreslení jsou zkreslení harmonická, intermodulační, amplitudová, fázová, křížová a křížovou modulací. Pro hodnocení zesilovačů jsou nejdůležitější harmonická a intermodulační zkreslení. Harmonické zkreslení (Total Harmonic Distortion — THD) Při buzení sinusovým signálem není průběh výstupního signálu čistě sinusový a obsahuje harmonické složky. Velikost tohoto zkreslení je vyjadřována pomocí činitele harmonického zkreslení kh lntermodulační zkreslení (intermodulation distortion) Zpracovává­li se více kmitočtů najednou, dochází vlivem nelinearity zesilovacích součástek k jejich sčítání a odečítání. Vzniká větší množství nežádoucích kmitočtových složek, jejichž kmitočty jsou dány kombinacemi součtových a rozdílových kmitočtů vstupních signálů a jejich harmonických. Měření intermodulačního zkreslení je po­měrně obtížné, proto je udáváno jen v závažných případech. U kvalitních zesilovačů by mělo mít menší velikost než 3 %. Kmitočtová zkreslení (frequency distortion) vznikají v reálných dvojbranech, ve kterých se závislosti výstupního napětí a fáze na kmitočtu liší od ideálních. To znamená, že v pásmu přenášených kmitočtů není modul zesílení konstantní a zároveň není fázový posuv mezi vstupním a výstupním napětím přímo úměrný kmitočtu. Šumový činitel Rezistory i aktivní součástky tranzistory generují po připojení napětí šumová napětí. Tato šumová napětí zvětšují šum výstupního signálu zesilovače, obecně každého dvojpólu. Šumový činitel vyjadřuje zvýšení výstupního oproti výstupímu šumovému výkonu zesilovače. Je to hodnota charakteristiky zmenšení poměru signál/šum na výstupu oproti vstupu zesilovače.

Více stupňové Tam, kde jednoduchý zesilovací stupeň neposkytne požadované zesílení signálu, jsou používány vícestupňové zesilovače. Jednotlivé stupně jsou řazeny do kaskády. V ideálním případě signál postupuje jedním směrem, od vstupu k výstupu. Ideové schéma třístupňového napěťového zesilovače je znázorněno na obr. 4.1.4.

Označení na obrázku us — napětí zdroje signálu Z1 — vnitřní impedance zdroje signálu A, B, C — vazební obvody mezi jednotlivými stupni přenosového řetězce Zi1, Zi2, Zi3 ­ vstupní impedance jednotlivých stupňů zesilovače Z01, Z02, Z03 ­výstupní impedance jednotlivých stupňů Zz — zatěžovací impedance u1, u2, u3 ­ výstupní napětí jednotlivých stupňů zesilovače. Jednotlivé zesilovací stupně mohou být tvořeny jednostupňovými, případně více­stupňovými tranzistorovými zesilovači, nebo také speciálními integrovanými obvody. Zesilovací stupeň A muže být např. napěťový předzesilovač, zesilovací stupeň B muže sloužit jako napěťový zesilovač, zesilovací stupeň C muže být třeba výkonový zesilovač, jehož úkolem je dodávat do zátěže potřebný výkon. Vazební obvody umožňují vhodný způsob spojení výstupu předchozích se vstupy následujících zesilovacích stupňů.

Zpětná vazba Zpětná vazba je pojem široce používaný v mnoha oblastech lidské činnosti. Obecně můžeme zpětnou vazbu považovat za informaci o výsledku nějakého děje. Jestliže tuto informaci využijeme ke korekci činnosti, aby se její výsledek více přiblížil naše­mu záměru, dochází k vytvoření smyčky zpětné vazby. Smyčka zpětné vazby tedy vyhodnocuje výstupy, zda jsou v požadovaných tolerancích a na základě tohoto vyhodnocení upravuje vstupy tak, aby výsledek byl v požadovaných tolerancích. V elektronických obvodech má použití zpětné vazby velký význam. U zesilovače vybaveného zpětnou vazbou je část výstupního signálu přiváděna zpět na jeho vstup. To, jakým způsobem je část signálu pomocí zpětné vazby přivedena na vstup dvojbranu, do velké míry ovlivňuje chování obvodu. Zpětná vazba může být úmyslná zavedená ke kompenzaci činnosti obvodu parazitní způsobená například parazitními kapacitami elektronických součástek, vodičů plošných spojů, induktivními vazbami apod. Nežádoucí zpětnou vazbu od­straníme např. vhodnějším rozmístěním součástek na plošném spoji, změnou pro­storového uspořádání vodičů, elektromagnetickým stíněním atd. nebo také úmyslným zavedením úmyslné zpětné vazby do chybně pracujícího obvodu. Vliv zpětné vazby na vlastnosti zesilovače Zpětná vazba ovlivňuje všechny základní vlastnosti zesilovače jako je napěťové i proudové zesílení (přenos), nelineární i lineární zkreslení, šířka přenášeného pásma kmitočtů, vstupní a výstupní impedance, stabilita, odolnost proti změnám parametrů prostředí atd. Porovnání hlavních vlastností zesilovačů s kladnou a zápornou zpětnou vazbou

Záporná zpětná vazba Princip záporné zpětné vazby vyplývá z obr. 4.2.2a. Na vstup zesilovače je přivá­děn signál U1 zmenšený o signál zpětné vazby Uzv. Výsledný vstupní signál U10 je oproti vstupnímu signálu U1 zmenšen a proto je menší i výstupní signál zesilovače U2 vzhledem ke stavu bez zpětné vazby. Protože zesílení zesilovače je dáno jako poměr výstupního a vstupního signálu, je zesílení se zápornou zpětnou vazbou oproti zesílení bez zpětné vazby menší.

Při záporné zpětné vazbě je přenos otevřené smyčky — činitel zpětné vazby záporný a z toho důvodu vratný rozdíl — stupeň zpětné vazby fázový posuv zpětnovazebního signálu vůči vstupnímu je 180°

15. Operační zesilovače

Operační zesilovače Z počátku se používaly pro analogové počítače, kde oz prováděly základní matematické operace a proto se pro ně vžil název operační zesilovač.

Základní charakterisitky Mají dva vstupy (invertující a neinvertující) Vnitřní zapojení neobsahuje žádné vazební kondenzátory (původní určení OZ bylo pro zesílení stejnosměrného signálu ­ jedná se o stejnosměrné zesilovače Zesílení mají velmi vysoké Kmitočtový rozsah sahá až do desítek MHz Zpracovávaný signál není zkreslený při průchodu nulou (důsledek symetrického napájení)

Ideální OZ Nekonečně velké napěťové a proudové zesílení Nekonečně velký vstupní odpor Nulový výstupní odpor Frekvenční nezávislost Nekonečně velké potlačení součtového signálu (signál společný oběma vstupům)

Základní parametry OZ Vstupní napěťová ne symetrie Změna vstupní napěťové ne symetrie Potlačení vlivu změn napájecího napětí Vstupní klidový proud (I Vstupní proudová ne symetrie

OZ v provedení bipolární a unipolární technologie, porovnání parametrů, výhody, nevýhody

Porovnání

Unipolární Nosiče jednoho druhu buď N,P proud ovládán napětím. rychlé spínání napětím řízený nízký řídící proud nízká kapacita přechodu

Bipolární 2 přechody a 3 elektrody b,c,e při činnosti se pohybují proti sobě opačné nosiče náboje. pomalé spínání proudem řízený vysoký řídící proud vysoká kapacita přechodu

Vysvětlete pojmy:

Zesílení Au při otevřené smyčce zpětné vazby je zesílení definované pro předepsanou zátěž, napájecí napětí a maximálně přípustný (nezkreslený) vstupní signál, při kompenzované napěťové ne­symetrii vstupů. (je to vlastně zesílení samotného OZ, pro praktické použití velké.

Vstupní odpor Reálné operační zesilovače mají konečný vstupní odpor. Rozlišujeme vstupní odpor vůči rozdílovému signálu Rd a vstupní odpor vůči souhlasnému signálu Rg. V operačních zesilovačích s bipolárními tranzistory vstupní odpor vůči rozdílovému signálu Rd nabývá hodnot miliónů Ohmů (megaohm) a vstupní odpor vůči souhlasnému signálu může být až o tři řády větší a je vyjádřen v miliardách ohmů (gigaohm).

Struktura operačního zesilovače: vstupní zesilovač – je sestaven z bipolárních nebo unipolárních tranzistor a je zapojen jako rozdílový zesilovač zesilovací stupeň – zajišťuje velké napěťové zesílení koncový stupeň – zajišťuje výkonové zesílení a oddělení OZ od zátěže Obvody s OZ tvoří krom vlastního zesilovače i další součástky, které nazýváme operační sítí. Při své činnosti vytvářejí OZ na svém výstupu takové napětí, které přes zpětné vazby způsobuje, že rozdíl napětí na invertujícím a neinvertujícím vstupu je prakticky nulový.

Základní zapojení operačního zesilovače

Zapojení neinvertujícího OZ Zesiluje (násobí konstantou vždy větší než 1) vstupní napětí. Oproti Invertujícímu zesilovači, který má vstupní impedanci danou velikostí odporu R1, se u tohoto zapojení vstupní impedance blíží nekonečnu a nezávisí na hodnotách odporů R1 a R2.

Zapojení invertujícího OZ Je jedno z nejpoužívanějších zapojení. Na výstupu se objeví vstupní napětí vynásobené zápornou konstantou (tedy zinvertované). Velikost zesílení je daná poměrem odporů Rf a Rin. Ovšem pozor ­ tento vzorec platí jen tehdy, je­li zdrojem signálu obvod s nulovým vnitřním odporem (tedy obvod, chovající se jako ideální zdroj napětí).

Zapojení sledovače s OZ Impedančně přizpůsobíme velkou impedanci k malé, má na výstupu napětí rovné vstupnímu. Vstup má ovšem, podobně jako u neinvertujícího zesilovače, impedanci blížící se nekonečnu. Výstupní impedance je daná vlastnostmi použitého operačního zesilovače a je velmi nízká. Sledovač se používá právě pro oddělení vysokoimpedančního vstupu a nízkoimpedančního výstupu.

Součtový zesilovač s OZ Sčítá napětí na jednotlivých vstupech, přičemž výsledek je invertovaný.

Rozdílový zesilovač s OZ V měřící technice se často používá operační zesilovač zapojený jako diferenční zesilovač. Toto zapojení se používá pro sledování dvou signálů s velmi málo odlišnými hodnotami napětí, výstupní napětí úměrné rozdílu napětí na vstupech. Lze na něj pohlížet tak, že invertující zesilovač zesiluje napětí U1 a neinvertující zesilovač zesiluje U2, takže napětí U2 musí být zmenšeno odporovým děličem R3/R2, tak aby zesílení obou větví bylo stejné.

Komparátor Porovnává napětí přivedená na vstupy + a ­. Pokud je vyšší napětí na vstupu +, je na výstupu kladné saturační napětí operačního zesilovače, je li vyšší napětí na vstupu ­, je na výstupu záporné saturační napětí operačního zesilovače. U normálních operačních zesilovačů je saturační napětí výstupu řádově o jeden nebo několik voltů nižší než napětí napájecí. Speciální tzv. rail­to­rail operační zesilovače jsou ovšem konstruovány tak, aby výstupní napětí mohlo dosahovat téměř hodnot napětí napájecího.

Schmittův OZ Předpokládejme, že na výstupu je záporné saturační napětí –US. Zvětšujeme­li nyní napětí na vstupu od záporného napájecího napětí, zůstává výstup beze změny, dokud nedosáhne napětí na vstupu +Un. V ten okamžik bude také napětí na neinvertujícím vstupu „kladnější“ než na invertujícím a výstupní napětí klopného obvodu se skokem změní ze záporného saturačního napětí –US na kladné +US. Zmenšujeme­li nyní napětí na vstupu, musíme dosáhnout hodnoty –Un, aby se výstup překlopil zpět na záporné saturační napětí –US. Napětí, při kterém se obvod překlápí, je závislé na výstupním saturačním napětí a poměru odporu Ra a Rb

Integrátor s OZ Provádí integraci (invertovaného) vstupního signálu podle času. Integrační zesilovač se mimo jiné dá použít jako filtr, konkrétně dolní propust, analogová paměť (při odpojení odporu R, stabilita paměti je závislá na kvalitě kondenzátoru). Někdy se toto zapojení také nazývá Millerův integrátor.

Derivátor s OZ Provádí derivaci (invertovaného) vstupního signálu podle času. Derivační zesilovač se mimo jiné dá použít jako filtr, konkrétně horní propust.

Dolní a horní propust s OZ Filtry s OZ jsou obvykle jednodušeji realizovatelné, než filtry pasivní. Jejich návrh je navíc možné provést tak, aby nebylo nutné použít cívek. Pro ilustraci bych zde uvedl dolní a horní propust druhého řádu. K výpočtu hodnot jednotlivých prvků na zvoleném kritickém kmitočtu fm použijeme tabulky s příslušnými koeficienty. Dolní propust

Horní propust

Oscilátory s OZ Dalším důležitým využitím OZ jsou generátory signálu s harmonickým (sinusovým) průběhem. Jako základní zapojení se využívá oscilátor s Wienovým členem:

Samotný Wienuv clen je zapojen ve větvi kladné zpětné vazby. Ve větvi záporné zpětné vazby se pomocí R1 a R2 nastavují zesílení mezi vstupem a výstupem blízké 3. Zesílení OZ tak vlastně kompenzuje útlum Wienova clenu na požadované frekvenci f0.

16. Klopné obvody s tranzistory

Klopné obvody vyznačují se tím že ve většině případ mají dva ustálené stavy výstup (sepnuto a rozepnuto). Obvykle obsahují dva spínací prvky zapojené tak, aby byl vždy jeden z nich sepnutý. Ze stejnosměrného napětí jsou schopny vyrobit impulsy různé délky a frekvence.

Astabilní (multivibrátor) (nestabilní) samovolně se rozkmitá po přiložení napájecího napětí.

Po připojení napájecího napětí UCC se jeden z tranzistor uvede do vodivého stavu (např. T1) napětí UCE1 je téměř nulové, kladný pól kondenzátoru C2 se připojí k zemi a na bázi T2 se objeví záporný náboj z kondenzátoru C2. ECE2 se zvětší na hodnotu blízkou UCC. V tuto chvíli je T1 otevřen, T2 uzavřen s UCE. C2 se začne vybíjet přes RB2 a napětí UBE2 sezmenšuje. Jakmile se UBE2 dostane na kladnou hodnotu, začne se UCE2 zmenšovat až klesne téměř na nulu, C1 je tím zapojen mezi bázi T1 a zem a svým nábojem, který je v napětí báze záporný, uzavře tranzistor T1. Napětí na kolektoru T1 se zvětší na velikost blízkou UCC. Multivibrátor se překlopil do druhého stavu, kdy je T2 otevřen a T1 uzavřen a UCE2 je téměř nulové Doba, po kterou je multivibrátor v jenom i druhém stavu závisí na velikost C1 a RB1 a C2 a RB2. Využívá se k získání obdélníkových impuls, volbou jednotlivých součástek v obvodu lze nastavit kmitočet impuls a jejich délku.

Monostabilní (MKO) Má stabilní pouze jeden stav

Vnějším impulsem se KO krátkodobě překlopí do druhého stavu, jinak v klidu setrvává ve stavu prvním. Po připojení napájecího napětí je báze tranzistoru T2 napájena ze zdroje napětí přes rezistor R, tranzistor T2 je otevřen a na výstupu je nulové napětí. Pomocné napětí Up je záporné a dli z rezistor je R1 a R2 je nastaven tak, aby napětí na bázi T1 bylo záporné a tranzistor T1 je uzavřený. Na kondenzátoru C naměříme takovou polaritu jaká je vyznačena ve schématu. Přes vazební kondenzátor CV přivedeme na bázi tranzistoru T1 krátký kladný impuls s dostatečnou amplitudou a otevře se tranzistor T1. Kondenzátor C se svým kladný nabitým polem připojí přes sepnutý přechod C­E k zemi, jeho záporný náboj se objeví na bázi tranzistoru T2 a ten se uzavře. Na kolektoru tranzistoru T2 se objeví kladné napětí, jehož velikost je dána děličem z rezistor RC, R1 a R2. V tomto stavu zůstává MKO i po odeznění impulsu, protože napětí báze zůstává ještě kladné, napětí na výstupu se totiž zvýšilo tak, že pi nezměněném pomocném záporném napětí Up je na uzlu děličem R1, R2 (báze T1) kladné napětí. Kondenzátor C se nabijí přes odpor R na opačnou polaritu. Jakmile napětí na bázi T2 přejde do kladných hodnot, tento tranzistor se otevře a na výstupu je nulové napětí. Napětí na bázi T1 nabude záporné hodnoty a dostává se tak do výchozího stavu. MKO se využívá se k získání obdélníkových impuls, volbou jednotlivých součástek lze nastavit kmitočet a délku impulsu. Lze použít jako dělič kmitočtu nebo časový spínač.

Bistabilní (BKO) má stabilní dva stavy

V každém z nich setrvává do příchodu dalšího vstupního impulsu, který způsobí překlopení do druhého stabilního stavu. Při připojení napájecího napětí je jeden z tranzistorů v sepnutém stavu a druhý v rozepnutém, který tranzistor to bude je náhodné. Tranzistor T1 je nasycen a protéká jím proud IC1 a na kolektoru je napětí UCE1=0 Tranzistor T2 je uzavřen, báze T2 je přes rezistor RB2 připojena na kolektor tranzistoru T1, napětí je nulové a proud IB2 bází neprochází, proud IC2 je prakticky nulový. Na kolektoru tranzistoru T2 je napětí UCE2, které se blíží Un a přes rezistor RB1 je připojena báze tranzistoru T1, kterou protéká proud IB1. Když za tohoto stavu přivedeme na bázi tranzistoru T1 krátký záporný impuls, přestane téci proud IB1 a tranzistor T1 se uzavře. Na kolektoru tranzistoru T1 je napětí UCE1, které se blíží Un a přes rezistor RB2 je připojena báze tranzistoru T2., začne protékat proud IB2. Tím se tranzistor T2 otevře a v tomto stavu zůstává i když záporný impuls odezněl. Překlopení způsobí kladný impuls na bázi uzavřeného tranzistoru nebo záporný impuls na bázi otevřeného tranzistoru. Pokud impulsy mění svoji polaritu, pak mohou být přiváděny do jednoho bodu a s každým impulsem bude obvod měnit svůj stav. Kondenzátory v zapojení nejsou nutné, pouze urychlují překlopení a výstupní signál má strmější průběh. V praxi se BKO používá jako dli dvěma v čítači.

Schmittův klopný obvod V překlopeném stavu vydrží jen po dobu trvání vstupního impulsu.

U tohoto KO se využívá hystereze, která zajišťuje že k návratu do výchozího stavu dojde pi výrazně nižší úrovni vstupního signálu, než jaká je zapotřebí k jeho překlopení. Používá se jako tvarovač pro přeměnu různých průběhů signál na obdélníkové impulsy, k indikaci překročení napěťových úrovní atd.

17. Vysílací a přijímací řetězec amplitudových modulací

Vysílací a přijímací řetězec amplitudových modulací

B – budič vf. vlny (oscilátor) VFZ – vf. zesilovač M – modulátor D ­ demodulátor RS – rozhlasové středisko NFZ – nf. zesilovač VZ – vf. zesilovač (výkonový)

Co je to modulace, její rozdělení, důvod k používání Modulovaný nízkofrekvenční signál je pomocí amplitudového modulátoru namodulován na vysokofrekvenční modulační signál. Modulační signál má stále stejnou frekvenci i fázi, modulovaným signálem je ovlivněna pouze amplituda. Používáme hloubku modulace 25%, 75% a 100%. Hloubka modulace znamená amplitudový rozsah modulačního signálu, přičemž při hloubce nad 100% dochází ke zkreslení signálu. Používá se pro DV a SV. Signál je pouze mono a je velice náchylný k rušení okolními vlivy.

Modulátory

Modulátory – elektronická zařízení, která upravují nosnou vlnu na vlnu modulovanou.

1. ) Modulátory pro amplitudovou modulaci : Využívá se elektronická součástka, která má nelineární V – A charakteristiku (dioda, tranzistor). Společným průchodem obou signálů ( vf nosné vlny a nf modulačního signálu ) nelineární součástkou dojde ke zkreslení a tím ke vzniku modulované vlny.

Nf modulační signál s poměrně velkou amplitudou posouvá pracovní bod ( P ) – viz obrázek. Nelineární prvek propustí vf nosnou vlnu s amplitudou, která je úměrná poloze pracovního bodu pohybujícího se v rytmu nf modulačního signálu. Na pravém obrázku je jednoduchý modulátor pro AM, u kterého se k modulaci využívá nelineární charakteristika tranzistoru. Vf signál se přivádí přes oddělovací C V do emitoru nf signál se přivádí do báze.

Z rezonančního obvodu LC, zapojeného v kolektoru tranzistoru, se odvádí amplitudově modulovaný signál.

2. ) Modulátory pro frekvenční modulaci : ­ využívá se elektronická součástka, která mění svou imaginární složku impedance v závislosti na připojeném nf modulačním signálu ( na jeho velikosti ), ­ využívá se např. varikap ( kapacitní dioda, jejíž kapacita závisí na přiloženém napětí ).

Změnami kapacity varikapu se mění rezonanční frekvence rezonančního obvodu LC, a tím i kmitočet oscilátoru – tak vzniká frekvenčně modulovaná vlna.

3. ) Modulátory pro fázovou modulaci : Např. se používá úzkopásmový modulátor s přelaďovaným rezonančním obvodem, u kterého se signál z oscilátoru řízeného krystalem ( stabilní kmitočet ) přivádí do oddělovacího stupně ( zesilovače ) jehož zátěží je rezonanční obvod LC ve kterém je zapojen varikap. Změny rezonanční frekvence obvodu LC nemohou způsobit změny frekvence krystalového oscilátoru, ale mají za následek odpovídající změny fáze vf napětí, které na obvodu LC vzniká – tím se vytváří požadovaná fázová modulace.

Průběh šíření el. mag vlny Vlastnosti elektromagnetického vlnění se projevují hlavně při šíření vln prostorem. Jevy, k nimž při tom dochází, souvisí do značné míry s vlnovou délkou elektromagnetického vlnění. Dále se omezíme jen na ty druhy elektromagnetického vlnění, která jsou vyzařována anténami radioelektronických zařízení

Od vysílače k přijímači se mohou elektromagnetické vlny šířit: ­ jako povrchová vlna, která se šíří podél zemského povrchu ­ jako prostorová vlna, která se šíří po odrazu, popř. ohybu v horních vrstvách ionizované atmosféry ­ jako přímá prostorová vlna, která se šíří přímo volným prostorem.

Vysvětlete jednotlivé druhy modulace

Druhy modulace : Podle parametru nosné vlny, který je modulačním nf signálem ovlivňován jsou modulace : ­ amplitudová ( AM ), ­ frekvenční ( FM ), ­ fázová, ­ impulsová ( PAM, PŠM, PPM, PCM, … ).

Amplitudová modulace ( AM ) : Moduluje se amplituda vf nosné vlny ( A vf ) – ta se bude měnit podle změn okamžité hodnoty amplitudy nf modulačního signálu ( A nf ). Poznámka : Modulační signál ovlivňuje nosnou vlnu souměrně z obou stran osy y.

A nf = A m – amplituda modulačního signálu, který chceme modulovat, A vf = A 0 – amplituda nosné vlny. Čím bude modulační frekvence vyšší, tím častěji se projeví změny na obálce nosné vlny. Čím bude mít modulační signál vyšší napětí, tím větší je hloubka modulace α . Vlastnosti amplitudové modulace : ­ je to nejjednodušší způsob modulace, ­ má malou energetickou účinnost, ­ modulovaná nosná vlna je značně ovlivňována rušivými signály ( ty většinou mají amplitudový charakter ), ­ ve vysílacím pásmu zabírají vysílače s AM poměrně malou šíři pásma, ­ vzhledem k povolené nejvyšší modulační frekvenci (4,5 kHz ) je přenos hudby nekvalitní ( chybí vysoké akustické frekvence ) – tento nedostatek AM řeší frekvenční modulace. Použití AM : Viz výše – rozhlasové vysílače v pásmech DV, SV a KV.

Fázová modulace ( anglicky PM ) : Týká fáze nosné vlny, která se mění v závislosti na změnách okamžité hodnoty amplitudy modulačního signálu. Informace se přenáší změnou fáze nosné vlny. Čím větší je amplituda modulačního signálu, tím větší je fázový zdvih ∆φ ( fázový rozdíl ). Modulovaná nosná vlna je vlivem modulačního signálu fázově posunuta dopředu nebo dozadu oproti nosné vlně bez modulace. Fáze se mění spojitě. Při změně fáze se mění i frekvence nosné vlny. Tato modulace je svým charakterem a vlastnostmi podobná frekvenční modulaci, ale rozdíl mezi nimi je, že při fázové modulaci nastává nejstrmější změna fáze vždy při největší změně modulující vlny a když změna modulující vlny nenastává, nemění se ani fáze nosné vlny.

Platí : ∆φ = k . A , kde : ∆φ – fázový zdvih, k – konstanta, A – ( A m = A nf ) amplituda modulující vlny.

Použití fázové modulace : Fázová modulace se používá jen jako prostředník pro získání frekvenční modulace FM.

Impulsová modulace : Přenos informací se nemusí uskutečňovat jen spojitým ( analogovým ) signálem, ale v některých případech stačí ( nebo je výhodné ) informaci přenášet jen v podobě impulsů. Druhy impulsové modulace ( liší se tím, jak se mění nebo jak jsou zpracovávány impulsy, které jsou nositeli informace ) :

Impulsy mohou měnit : ­ výšku ( impulsová amplitudová modulace PAM ), ­ šířku ( impulsová šířková modulace PWM ), ­ polohu ( impulsová polohová modulace PPM ), ­ frekvenci ( impulsová frekvenční modulace FIM ). Impulsy jsou digitálně ( číslicově ) zpracovávány ( PCM ).

a. ) Impulsová ( pulsně ) amplitudová modulace ( PAM ) :

Informace je přenášena impulsy, které mění svou výšku. Jedná se o nejdůležitější druh a základní typ nekódované modulace. Vysílají se jen vzorky přenášené spojité vlny. Na přijímací straně je pak nutné elektricky vytvořit obálku impulsů, abychom dostali původní signál. Spínač analogový signál vzorkuje a tím vy­tváří požadovaný signál PAM, tedy impul­sovou nosnou vlnu amplitudově modulova­nou analogovým modulačním signálem. Existují dva druhy impulsově amplitudové modulace : ­ prvního druhu : vzorek sleduje průběh signálu, ­ druhého druhu : vzorek má stálou velikost. Je nejjednodušší impulsovou modulací. Jelikož se mění výška impulsů, je tato modulace citlivá na poruchy tak jako AM.

b. ) Impulsová ( pulsně ) šířková modulace ( PWM ) :

Informace je přenášena impulsy, které mění svou šířku. Všechny impulsy mají stejnou velikost amplitud, a proto tento druh modulace není citlivý na poruchy tak jako AM.

c. ) Impulsová ( pulsně ) polohová modulace ( PPM ) :

Informace se přenáší impulsy, které mění svou polohu od svého pomyslného středu. Pomyslné středy jsou od sebe vzdáleny 125 μs. Všechny impulsy jsou stejně široké a mají stejnou výšku ( amplitudu ).

d. ) Frekvenčně impulsová modulace ( FIM ) :

Informace se přenáší impulsy, které mění svou frekvenci. Čím je vzorek modulace větší, tím je větší frekvence impulsů. Ostatní parametry impulsů ( výška, šířka a poloha ) zůstávají stejné.

Demodulátory Demodulace – proces, při kterém se získává z modulovaného vysokofrekvenčního nosného signálu ( nosné vlny ) zpět modulační nf signál. Demodulátory ­ nelineární obvodové prvky pomocí nichž se uskutečňuje demodulace.

A. ) Demodulace amplitudově modulovaných ( AM ) signálů : Tato demodulace se nazývá detekce a proto se elektronický obvod pro detekci nazývá detektor. Signály s amplitudovou modulací je možno demodulovat asynchronně nebo synchronně.

a ) Asynchronní demodulátory AM : Diodové detektory : Využívají pro svou činnost usměrňovací účinky diod. Diodový detektor může být paralelní nebo sériový ( podle zapojení diod v signálové cestě ).

Většinou se používá sériové zapoje­ní diod. Modulované vf napětí je odebíráno z rezonančního obvodu LC1. Detekční dioda D propustí pouze kladné části signálu, které na odporu R vytvoří proměnný úbytek napětí. Kondenzátor C 2 potlačí ( svede na zem ) vf zvlnění demodulovaného napětí (dolní propust ). Nf signál je odebírán za kondenzátorem CV, který nepropustí stejnosměrnou složku. Nevýhoda – při detekci malých signálů vzniká značné nelineární zkreslení ( dioda pracuje v nelineární části své V – A charakteristiky ). Výhody : Spolehlivost, velká citlivost, jednoduchost.

b. ) Synchronní demodulátory AM :

Princip těchto demodulátorů spočívá ve vynásobení vstupního signálu AM refe­renční nemodulovanou nosnou vlnou se stejnou frekvencí i fází. Výhody proti asynchronním demodulátorům : ­ vstupní signál může mít nižší úroveň, ­ lepší linearita ( menší zkreslení ), ­ lepší šumové poměry. Nevýhody ­ je zapotřebí referenční nosná vlna; ­ obvodová složitost ( užití integrovaných obvodů ). Použití : Např. v barevných televizorech.

18. Vysílací a přijímací řetězec frekvenčních modulací

Modulátory pro frekvenční modulaci : ­ využívá se elektronická součástka, která mění svou imaginární složku impedance v závislosti na připojeném nf modulačním signálu ( na jeho velikosti ), ­ využívá se např. varikap ( kapacitní dioda, jejíž kapacita závisí na přiloženém napětí ).

Změnami kapacity varikapu se mění rezonanční frekvence rezonančního obvodu LC, a tím i kmitočet oscilátoru – tak vzniká frekvenčně modulovaná vlna.

Frekvenční modulace ( FM ) : Týká se frekvence nosné vlny, který se mění v závislosti na změnách okamžité hodnoty amplitudy modulačního signálu. Amplituda nosné vlny se nemění. Nosná vlna reaguje na amplitudové změny modulačního signálu.

Na modulační frekvenci závisí rychlost změn. ­ pro akustické frekvence se používá frekvenční

zdvih f = ± 75 kHz; ­ maximální frekvence modulačního signálu f max = 15 kHz; ­ pro uvedené hodnoty je potřebná šířka pásma qB min = 180 kHz. Šířka pásma [ B ] : B = 2 . ( f max + ∆f ), ∆f – kmitočtový zdvih, f max – max. kmitočet modulačního signálu.

Vlastnosti FM : ­ je odolná proti poruchám, ­ vyžaduje větší šířku přenášeného pásma než AM, ­ přijímač FM je složitější než přijímač pro příjem AM, ­ mnohem kvalitnější přenos než u AM ( může přenést celé akustické pásmo frekvencí ). Použití FM : Rozhlasové vysílání na VKV.

Frekvenčně impulsová modulace ( FIM ) :

Informace se přenáší impulsy, které mění svou frekvenci. Čím je vzorek modulace větší, tím je větší frekvence impulsů. Ostatní parametry impulsů ( výška, šířka a poloha ) zůstávají stejné.

Demodulace frekvenčně modulovaných ( FM ) signálů : Pro demodulaci frekvenčně modulovaných signálů se používají obvody, jejichž výstupní napětí je přímo úměrné frekvenci vstupního napětí. Většina frekvenčních demodulátorů pracuje na principu při kterém se nejprve převede frekvenční modulace na amplitudovou při současné parazitní frekvenční modulaci a amplitudovou modulaci pak běžným amplitudovým detektorem demoduluje.

Demodulátor se u tohoto principu skládá ze dvou částí : 1. část – mění napětí modulované frekvenčně na napětí modulované amplitudově i frekvenčně ( tzv. diskriminátor ), 2. část – obsahuje obvyklý amplitudový detektor.

19. Vysílací a přijímací řetězec barevných televizních přijímačů

PRINCIP BAREVNÉ TELEVIZE ( BTV ) :

Barevná televize : ­ je to elektrický přenos a reprodukce pohyblivých obrazů v přirozených barvách, ­ je logickým pokračováním a zdokonalením televize černobílé.

Podstata přenosových soustav barevné televize : ­ je kódování výstupních signálů snímacích zařízení na straně vysílací a jejich dekódování na straně přijímací, ­ tím je umožněn přenos veškerých informací o barevné scéně jedním sdělovacím kanálem, ­ vhodným složením kódovaného kanálu se dosahuje slučitelnosti ( kompatibility ) soustav barevné a černobílé televize [ “černo­bílým“ přijímačem lze sledovat původní barevný přenos ( “černo­bíle“ ); barevným přijímačem lze sledovat i původní “černo­bílý“ přenos “černo­bíle“ ].

Normy barevné televize : Představiteli přenosových soustav ( norem ) jsou systémy : NTSC, SECAM a PAL ( PAL – používá se v ČR ).

Veličiny charakterizující barevné světlo : ­ sytost – udává stupeň zředění syté barvy bílým světlem ( bílá barva má nulovou sytost ), ­ barevný tón – udává převládající vlnovou délku ( barevnost ) světla, ­ jas – charakterizuje výkon ( energii ) příslušného barevného světla. Barevná televize vychází z trojbarevné podstaty barevného vidění – vjem jakékoliv barvy lze vytvořit smísením tří vhodně vybraných základních barevných světel.

Základní barvy zvolené pro přenos barevné televize : ­ červená ( R, red ), ­ zelená ( G, green ), ­ modrá ( B, blue ). Poznámka : 1. Červená + modrá = purpurová ( fialová ). 2. Zelená + Modrá = azurová. 3. Červená + zelená = žlutá. 4. Červená + zelená + modrá = bílá. Smísením určitého poměru těchto barev dostaneme bílé světlo – viz obr. vlevo.

Poměr barev je dán citlivostí oka takto : Červená 30 %, zelená 59 %, modrá 11 %; dále : bílá = 30 % červené + 59 % zelené + 11 % modré.

Signál základních barev BTV musí přenést 3 signály základních barev : červené ( U R ), zelené ( U G ) a modré ( U B ). Tyto barevné signály jsou vytvářeny v televizní kameře třemi nezávislými snímacími prvky. Z těchto signálů můžeme vytvořit i jasový signál pro šedivou a bílou barvu. Přenášením jasového signálu ( U Y ) je zaručena slučitelnost s černobílou televizí, neboť tento signál je vlastně obrazovým signálem černobílé televize. Kdybychom přenášeli každý ze 3 barevných signálů ( U R, U G a U B ) samostatným TV kanálem, vyžadoval by vysílač BTV neúměrně široké pásmo 3 . 8 = 24 MHz ! Proto se potřebné tři barevné signály přenášejí vhodně zakódované.

Kódování barevných signálů v maticovém obvodu : ­ pro maximální úsporu kmitočtového pásma je nejvýhodnější přenos 2 rozdílových barevných signálů ( barvonosných informací ), ­ rozdíly signálů se jednoduše vytvoří v maticovém obvodu jehož princip je zřejmý z obr. vlevo.

Vysílač barevné televize :

Uvedené blokové schéma platí pro všechny používané soustavy : NTSC, SECAM i PAL.

Blokové schéma snímacího a vysílacího řetězce barevné televize :

Snímací zařízení : ­ je to kamera nebo filmový snímač, ­ vytvoří signály tří základních barev ( U R, U G a U B ),

Maticový obvod v něm se lineární kombinací tří základních barev ze snímacího zařízení tyto zpracují na jasový signál ( U Y ), který je vlastně obrazovým signálem černobílé televize, a na dva rozdílové signály ( U R – Y = U R – UY a U B – Y = U B – UY ).

Pomocný modulátor : ­ v něm se z rozdílových signálů získá výsledný barvonosný signál ( U BN ), ­ způsob modulace je dán použitým systémem ( NTSC, SECAM, nebo PAL ).

Synchronizační impulsy – na výstupu jsou synchronizační impulsy barev U SIB a půlsním­ková směs U SS.

Součtový obvod – na jeho výstupu dostaneme úplný obrazový signál U M, který obsahuje jasový signál U Y, výsledný barvonosný signál U BN, synchronizační impulsy barev U SIB a obvyklou řádkovou a půlsnímkovou směs U SS.

Kodér – má maticový obvod, pomocný modulátor, součtový obvod a blok synchronizačních impulsů.

Dálkový televizní spoj – pomocí něho se přenáší úplný obrazový signál do televizního vysílače.

Televizní vysílač : ­ v něm se podle stejných zásad jako ve vysílači pro černobílou televizi použije k modulaci nosné vlny obrazu, ­ obvyklým způsobem se také na nosnou vlnu zvuku namoduluje zvukový doprovod. Vysílací anténa – vyzáří úplný televizní signál do prostoru. Televizní přijímač barevný : Vf část přijímačů černobílých a barevných se až po obrazový detektor téměř neliší.

Činnost barevného televizního přijímače :

Z úplného obrazového signálu U M na výstupu obrazového detektoru dostaneme pomocí dekodéru : ­ jasový signál U Y, ­ barvonosné složky U R – Y a U B – Y . Z těchto signálů lze vytvořit ( lineární kombinací; maticový obvod ) složky : U R, U B a U G .

20. Zobrazovače

CCD Je složen z fotočipových buněk (pixelů) jejiž množství odpovídá rozlišení obraz. senzoru .Dopadají opt. záření generuje v buňkách nosiče nábojů a v el. signálem se zpracovávají.

Princip Po dopadu svět. záření v buňce vzniká el.náboj (velikost odpovídá optickému záření) ­hlavní vlastností ccd je posouvání el náboje z 1 buňky do druhé. ­náboje jsou snímány dále převedeny na napětí signálu a po převodu na číslic. signál ukládány v dig. podobě.

Princip aktivního CMOS Obsahuje každá buňka zesilovač signálu gener.fotodiodou. ­ zlepšení poměru signál/šum ­ zvětšení citlivosti ­ zlepšení prostorového rozlišení.

LCD zprostředkovávají vizuální kontakt mezi sledovanným procesorem a uživatelem

Dělení podle množství zobrazených info.

1) nulovou hustotou zobraz.info s velkou hustotou 2) 2 typy displeje

a) pasivní­cizí osvětlení,negenerují ale řídí obraz nebo průchod b) aktivní­í generují optické záření a proto lze vidět i bez osvětlení c) Základní požadavky vyhovují: jas, kontrast, sytost barev, spotřeba, rychlost

odezvy, zorný uhel, životnost.

Jednotky s nulovou hustotou: zobrazují segmenty ­ jednotlivé body sestavení do matic ­ spektrální tvary segmentů.

Zobrazovací jednotky s LED ­ segmentové nebo maticové uspořádání ­ jsou podsvícené.

­ krystal vlivem el. nebo mag.polem vyvolá změnu optických vl. uspořádání ­ vložení mezi 2 dražkovéelektrody a drážky pootočeny o 90° twistové uspořádání.

Po přiložení stříd napětí na elektrodu jsou vybuzeny elektrony. Ty při návratu do stabilního stavu. Způsobí emitorování optického záření. Vybuzování při změně směru proudu.

Princip TFT LCD ­ dioda její úkol je připojit nebo odpojit buňku od obvodu.

Princip barevného každý pixel (bod) je tvořen RGB je nutné vytvořit 3T protože kvůli zvýšenému kontrastu jsou černé.

Hlavní vlastnosti LED ­ vyzařují optické záření ­ mají malou tloušťku ­ vysoká svítivost ­ světelná účinnost ­ vysoký kontrast ­ rychlá odezva ­ velký pozorovací uhel ­ spotřeba nízká ­ velký rozsah provoz teploty

Princip FED ­ emitují na mikrošpičky ­ vysoká intenzita elektrostatického pole ­ vznik studené emise elektronů. ­ klasické obrazovky ­ elektrony dopadají na body luminoforu.

Plazma S nástupem velkoplošných televizí s úhlopříčkou 42“ a vyšší jste se mohli začít setkávat s plazmovými obrazovkami. Jejich obraz byl velmi vstřícný ke „kvalitě“ našeho televizního vysílání, a tak si plazmové obrazovky získaly poměrně velkou oblibu. Oproti LCD obrazovkám mají navíc vynikající podání černé barvy. Měly také rychlejší odezvu a větší kontrast, což se ale u moderních LCD televizí poměrně stírá. Nevýhodou je vyšší spotřeba a hmotnost. Plazmový displej se skládá ze dvou velkých skleněných desek, mezi nimiž najdete maličké komůrky s elektrodou, které jsou naplněny silně ionizovanou směsí vzácných plynů neonu a xenonu (plazmou). Když televizi zapnete, elektroda přivede do plynu proud a v plazmě se uvolní volné elektrony. Kladné ionty a záporné elektrony se začnou srážet, což způsobí, že se ionty dostanou do excitovaného stavu a uvolní foton. Na čelní straně každé komůrky je nanesena vrstva speciálních chemikálií – luminoforů, které po uvolnění fotonů začnou zářit červenou, zelenou nebo modrou barvou. Kombinací těchto tří barev vzniká obrazový bod. Překrytím červené, zelené a modré lze vytvořit jakoukoliv barvu viditelného spektra včetně realistické černé.

21. Oscilátory Nezpracovává žádný signál ale je naopak sám zdrojem signálu, jehož frekvence je určena obvodovými součástkami, je to dvojpól.

Základní parametry oscilátorů : Druhy oscilátorů :

Se zpětnou vazbou Bez zpětné vazby

Oscilátory se zpětnou vazbou :

Princip činnosti oscilátoru : Oscilátor se skládá ze dvou částí : Zesilovač – je realizován aktivním čtyřpólem z jehož výstupu je přes obvod zpětné vazby ( řídící obvod ) přivedeno budící napětí na jeho vstup, svým zesílením nahrazuje ztráty v řídícím obvodu. Řídícího obvod ­ je realizován pasivním čtyřpólem, podle typu oscilátoru obsahuje prvky LC nebo RC, a ty svými vlastnostmi určují frekvenci generovaných kmitů, je zapojen ve zpětnovazebním obvodu.

Výpočet zesílení zesilovače s kladnou zpětnou vazbou : Obvod se chová jako oscilátor pouze tehdy, je­li splněn určitý vztah mezi napěťovým zesílením signálu ( AU ) a napěťovým přenosem zpětnovazebního ( řídícího ) obvodu ( β ).

Podmínky trvalého kmitání oscilátoru : 1. Amplitudová podmínka – musí platit β ∙ A U = 1 ( přenos zpětnovazební smyčky = 1 ). 2. Fázová podmínka – musí platit φ A + φ B = 2π, φ A – fázový posun způsobený tranzistorem, φ B – a fázový posun zpětnovazebního, řídícího obvodu. Součet fázových posuvů 2π nebo násobku 2π charakterizuje kladnou zpětnou vazbu.

Oscilátory bez zpětné vazby : Podle průběhu generovaných kmitů je rozlišujeme na :

harmonické ( sinusové ) oscilátory LC oscilátory RC oscilátory řízené krystalem.

neharmonické ( nesinusové ) ­ oscilátory obdélníkových ( pravoúhlých ) kmitů, oscilátory rázovací ( blokující, relaxační ), oscilátory kmitů jiného tvaru.

Podle kmitočtu generovaných kmitů je rozlišujeme na : oscilátory nízkofrekvenční oscilátory vysokofrekvenční

Stabilita ( stálost ) frekvence generovaného napětí : Je to důležitá vlastnost oscilátorů. Je číselně určena absolutní hodnotou podílu změny frekvence ( ke které došlo během určitého časového intervalu a za definovaných provozních podmínek ) a jmenovité frekvence. s = ∆ f – změna frekvence,

f 0 – jmenovitá frekvence.

Příklad : Stabilita frekvence 10 – 7 znamená, že při kmitočtu 1 MHz je odchylka frekvence max. 0,1 Hz od jmenovité frekvence !

Laditelnost oscilátoru : Je to možnost změny frekvence oscilátoru; podle tohoto hlediska rozlišujeme oscilátory na :

oscilátory s pevnou frekvencí, oscilátory s proměnnou frekvencí.

Rozsah frekvencí, ve kterých lze v daném oscilátoru uskutečnit ladění, se nazývá přeladitelnost oscilátoru. U přeladitelných oscilátorů se používá ladění :

kapacitou při ladění k vyšším frekvencím amplituda generovaných kmitů stoupá (

výjimkou je Clappův oscilátor ) indukčností.

při ladění k vyšším frekvencím amplituda generovaných kmitů klesá.

Zkreslení : Zpravidla se jedná o zkreslení tvaru generovaných kmitů a dále se může jednat o nežádoucí obsah násobků základní frekvence ( vyšší harmonické složky ).

Oscilátory LC : Jsou to nejpoužívanější oscilátory v elektronických zařízeních. Řídícím prvkem je rezonanční obvod, tedy obvod složený z indukčnosti a kapacity, který je zapojen ve zpětnovazební větvi.

Podmínky stability frekvence kvalitně provedený rezonanční obvod, použitý tranzistor musí mít mezní frekvenci alespoň 10 x vyšší než je jmenovitá

frekvence oscilátoru, rezonanční obvod musí být co nejméně zatěžován, musí se pracovat pouze s malým přebytkem zesílení tranzistoru nad zesílením potřebným

pro vznik oscilací.

Druhy oscilátorů LC :

Oscilátory s indukční vazbou : Řídící rezonanční obvod je zapojen přímo na výstupní svorky zesilovače a vstup zesilovače je na něj induktivně navázán. Činnost oscilátoru : Po zapnutí napájecího napětí se prudce zvyšuje proud v cívce L :

zvýšení proudu vyvolá indukcí zvýšení proudu do báze tranzistoru a následkem je zvýšení kolektorového proudu a ten přes indukční vazbu M způsobí opětné zvýšení proudu báze,

zastavení nárůstu proudu nastane vlivem zakřivení charakteristik tranzistoru ( nasycený stav ),

tím dojde k nepatrnému snížení kolektorového proudu, a to vlivem kladné zpětné vazby vyvolá snížení proudu báze a stejný děj, včetně nasycení se opakuje opačným směrem ( záporná část kmitu ).

Tak v rezonančním obvodu vzniká sinusový průběh

Tříbodové zapojení oscilátorů : Jsou to oscilátory LC, u kterých je rezonanční obvod připojen k zesilovači ( tranzistoru ) ve třech bodech. Ve zpětnovazební větvi je zapojen paralelní rezonanční obvod, který má jako třetí připojovací bod vyveden střed cívky nebo odbočku z kapacitního děliče. Nejznámější jsou

Hartleyův oscilátor Colpittsův oscilátor Clappův oscilátor

Hartleyův oscilátor

induktivní větev paralelního rezonančního obvodu je provedena jako dělič napětí, jehož výstup je připojen k emitoru tranzistoru

spodní konec cívky má opačnou fázi signálu,

tranzistor pracuje v zapojení se společným emitorem,

pro přelaďování frekvence slouží ladící kondenzátor,

Colpittsův oscilátor :

pracuje na stejném principu jako Hartleyův oscilátor,

kladná zpětná vazba je vyvedena z odbočky kapacitního děliče,

pro přelaďování frekvence slouží ladící cívka L

Clappův oscilátor :

oproti Colpittsovu oscilátoru je přidán do rezonančního obvodu kondenzátor C 0

při výpočtu rezonanční frekvence se zde uvažuje sériové zapojení kondenzátorů C 1, C 2, a C 0 ( C 0 >> C 1 a C 2 ) s indukčností L,

je vhodným oscilátorem pro jednu frekvenci, a proto se používá i jako oscilátor řízený krystalem.

Vlastnosti a použití LC oscilátorů : pro kmitočty do 20 kHz je jejich použití neekonomické z důvodu velké cívky, stabilita frekvence je lepší než u RC oscilátorů ( až 10

– 5 ), je­li přelaďování prováděno ladícím kondenzátorem se změnou kapacity 1 : 10, pak

bude změna kmitočtu v poměru 1 : 3, citlivost na rušivá magnetická pole indukovaná do cívky ( nutnost stínění cívky ), použití do kmitočtů řádově stovek MHz.

Oscilátory RC Oscilátory RC mají zpětnou vazbu ( řídící obvod ) tvořenou kombinací odporů a kapacit. Nejčastěji se v řídícím obvodu používá ­ fázovací čtyřpól, ­ Wienův článek. Druhem použitého článku je dáno zapojení a počet stupňů článků. Zpětná vazba se uzavírá přes RC článek, který má selektivní vlastnost tzn., že napěťový přenos tohoto článku má maximum při určité frekvenci f. Hodnoty R a C určují kmitočet oscilátoru.

Druhy oscilátorů RC :

1. ) Oscilátory s fázovacími čtyřpóly RC ( posouvanou fází ) : ­ řídící obvod tvoří tři derivační články ­ každý z nich posunuje fázi svého vstupního napětí o 60

0 ( tedy celkově o 180 0 ),

­ protože tranzistor posunuje fázi o 180 0, je splněna

fázová podmínka ( fázový posuv je “nulový“ ), ­ jmenovitou frekvenci f 0 lze jen velmi obtížně měnit ( musely by se současně měnit hodnoty všech R nebo C v řídícím obvodu ). Vlastnosti a použití ­ stabilita frekvence je 10

– 3, ­ jen pro jednu frekvenci.

2. ) Oscilátory RC s Wienovým článkem : Zpětnovazební řídící obvod, tvoří Wienův článek. Pro f 0 má Wienův článek nulový fázový posuv mezi výstupním a vstupním napětím, a proto pro splnění fázové podmínky kmitání se musí použít dvojstupňový zesilovač v zapojení se společným emitorem.

Frekvence se přelaďuje změnou spřažených rezistorů R 1 a R 2. Vlastnosti a použití : ­ přeladitelnost je 1 : 10, ­ pro frekvence 10 Hz až 1 MHz. Stabilizace generovaných kmitů: Ke stabilizaci amplitudy generovaných kmitů se využívá zvláštní napěťově závislé zpětné vazby. V této zpětné vazbě se používá nelineární člen ( elektronický prvek, jehož odpor je závislý na teplotě – žárovka, termistor, dioda, tran­zistor ). Zvětší­li se amplituda výstupních kmitů ( viz schéma vlevo ), zvětší se napětí v bodě ( 2 ), a

tím se zvětší odpor vlákna žárovky a zvýší se tím stupeň záporné zpětné vazby zapojené mezi body ( 1 ) a ( 2 ). Následkem toho se zesílení zmenší a amplituda výstupních kmitů klesne na původní hodnotu.

Výhody RC oscilátorů ­ jsou jednoduché, protože nemají indukčnost, která se obtížně rea­lizuje, zvláště pak v integrovaných obvodech, ­ nejsou citlivé na rušivá magnetická pole tak, jako je tomu u osci­látorů LC ( odpadá stínění cívky ).

Oscilátory řízené krystalem : Tyto oscilátory nejlépe splňují požadavek na vysokou stabilitu kmitočtu.

Krystal : ­ výbrus krystalu křemene, ­ má piezoelektrickou vlastnost – přiloženým napětím se deformuje a naopak při jeho stlačení se na jeho polepech objeví elektrické napětí, ­ vyrábí se tak, aby na určité ( jmenovité ) frekvenci měl mechanickou rezonanci, ­ v elektrickém obvodu se chová jako rezonanční obvod, ­ může kmitat jen ve velmi úzkém rozsahu frekvencí, ­ přivedeme­li na něj široké spektrum kmitočtů, uplatní a přenášejí se jen ty, které odpovídají svou hodnotou vlastní rezonanci krystalu.

Náhradní schéma krystalu : ­ kondenzátor C R ( představuje pružnost krystalu ) a cívka L R (představuje krystalovou hmotu) tvoří sériový rezonanční obvod jehož ztráty vyjadřuje odpor R R (představuje ztráty krystalu ), ­ kapacita C p vyjadřuje kapacitu polepů krystalu a jeho vývodů, ­ z náhradního zapojení plyne, že krystal má dvě rezonanční frekvence, a to pro sériový a pro paralelní obvod; tomu odpovídá průběh impedance v závislosti

na kmitočtu ( viz obr. vlevo ). Při kmitočtu f s je impedance krystalu nejmenší a to znamená, že se krystal chová jako sériový rezonanční obvod ( krystal je součástí zpětné vazby ).

Zvyšováním kmitočtu impedance prudce vzrůstá a při kmitočtu f p dosahuje maxima, a to znamená, že se krystal chová jako paralelní rezonanční obvod ( krystal je součástí rezonančního obvodu ).

Druhy oscilátorů řízených krystalem :

Piercův oscilátor : ­ nejjednodušší možné zapojení oscilátoru řízeného krystalem, ­ tranzistor je zapojen se společným emitorem.

Clappův oscilátor : ­ jedná se o tříbodový oscilátor, ve kterém krystal představuje reaktanci indukčního charakteru a vytváří rezonanční obvod s paralelně připojenými dělenými kapacitami.

Použití oscilátorů řízených krystalem : ­ všude tam, kde je nutné dlouhodobě dodržet kmitočet s velkou přesností, ­ jako kmitočtový normál ve vysílačích, počítačích, přesných hodinách, měř. přístrojích, atd., ­ pro jednu, pevně stanovenou, frekvenci v rozsahu 100 Hz až stovek MHz.

22. Generátory Princip generátoru střídavého proudu spočívá v otáčení vodivé smyčky v magnetickém poli. Alternátor používaný v elektrárnách má tyto hlavní části:

1. rotor ­ část, která koná rotační pohyb; u alternátoru jde o elektromagnet 2. stator ­ část, v níž se indukuje střídavé napětí (soustava cívek); proud se pak odvádí pevnými svorkami, což je jednodušší a vznikají menší ztráty

Jednofázový generátor je tvořen otáčejícím se závitem v magnetickém poli (tj. mezi pólovými nástavci magnetu). V elektrárnách se používá trojfázový alternátor, jehož princip je na obr. Stator je tvořen třemi cívkami, jejichž osy svírají vzájemně úhel 120°. Mezi cívkami se otáčí magnet a v cívkách se indukují střídavá napětí.

Tato napětí jsou vzájemně posunuta o ⅓ periody a matematicky je můžeme popsat rovnicemi:

, a .

Trojfázové generátory používané v energetice jsou konstruovány na velký výkon, proto mají mohutnou konstrukci. Stator je tvořen pláštěm, který je pevně přišroubován k nosné plošině generátoru. Musí totiž odolávat velkému momentu síly. Jádro statoru je složeno z tenkých izolovaných plechů a v jeho drážkách je uloženo vinutí fázových cívek. Konce cívek jsou vyvedeny na svorkovnici alternátoru. Rotor je v podstatě silný elektromagnet uložený na ocelové ose ve středu alternátoru. Na obvodu rotoru jsou vyfrézovány drážky, do nichž je vloženo budící vinutí. Tímto vinutím prochází proud z generátoru stejnosměrného napětí (dynama), který je umístěn na společné ose a nazývá se budič. Rotory jsou obvykle konstruovány na frekvenci otáčení 3000 otáček za minutu, čemuž odpovídá frekvence 50 Hz. V elektrárnách je alternátor obvykle spojen s hřídelí hnací turbíny. Celé soustrojí se nazývá turboalternátor.

23. Součástky pro měření neelektrických veličin Rozdělení: dle měřené veličiny:

teplota tlak průtok radiace na různých kmitočtech mechanické veličiny (posunutí, poloha, rychlost, zrychlení, síla...) elektrické veličiny...

dle fyzikálního principu:

odporové indukční indukčnostní kapacitní magnetické piezoelektrické optoelektrické...

dle styku s prostředím:

dotykové bezdotykové

dle transformace signálu:

aktivní pasivní

dle výrobních technologií:

elektromechanické elektrické elektronické elektrochemické mikroelektronické mikromechanické,

1. ODPOROVÉ SNÍMAČE

Jsou to snímače pasivní. Měřená veličina způsobuje změnu odporu snímače. Podle konstrukce a způsobu použití je dělíme na:

A) KONTAKTNÍ SNÍMAČE

Převádějí změnu polohy (pohyb) sledovaného objektu na skokovou změnu odporu způsobenou přepínáním kontaktů. Výstupní signál je tedy logického typu (sepnuto – vypnuto).

aa) mechanické

Mechanickým pohybem dochází ke skokové změně odporu přepínáním kontaktu (jednoduché, přepínací). Pro zjišťování dosažení určité polohy pohybujících se částí strojů. Bývají součástí tzv. koncových spínačů.

ab) magnetické

V praxi se používají tzv. jazýčková relé. Princip spočívá ve využití silových účinků magnetického pole permanentního magnetu na jazýčky s kontakty z magneticky měkkého materiálu zatavené do skleněné trubičky plněné inertním plynem.

B) POTENCIOMETRICKÉ

Je to přesný potenciometr (dělič napětí), u něhož se působením měřené veličiny mění poloha běžce (slitina Pt a Ir), který se pohybuje po přímkové nebo častěji kruhové odporové dráze (manganin nebo konstantan). Mírou měřeného pohybu je jejich výstupní napětí, které je závislé na poloze běžce ­ mění se od 0 V do UB. Nazývá se odporový vysílač ­ odpor je nejčastěji 100 Ω (dvojitý 2 x 100 Ω), zatížení max. 100 mA. Zatěžovací odpor má být co největší (jinak chyba měření ­ zatížený dělič). Odporový vysílač se nejčastěji zapojuje do měřicího můstku, nebo se jeho signál vyhodnocuje poměrovým magnetoelektrickým měřicím systémem. Používají se např. v elektrických servopohonech pro zjišťování stupně jejich otevření, nebo jsou montovány do stavoznaků, průtokoměrů, tlakoměrů atd. pro dálkový přenos jejich údajů.

24. RCL obvody

Časový průběh sinusových veličin

Úhlová frekvence Je to fyzikální veličina, která popisuje periodické, zpravidla harmonické děje. Doporučená značka:

Radián Je bezrozměrná odvozená jednotka užívaná při měření rovinného úhlu. Používá se pro něj značka rad. 1 radián je středový úhel, který přísluší oblouku o stejné délce, jako je poloměr kružnice. Je to jednotkový úhel při měření v obloukové míře. Velikost rovinného úhlu v radiánech (mezi dvěma různoběžkami) je definován jako poměr délky různoběžkami vyťatého oblouku ku jeho poloměru.

Okamžitá hodnota Okamžitá hodnota je hodnota střídavé veličiny, která se mění spolu s časem. Umax je největší okamžitá hodnota napětí u.

Fázový posun Začátek sinusového kmitu se dá posunout o úhel φ, tak se časový průběh zpozdit (­φ) nebo urychlit (+φ)

Vysvětlete co je efektivní hodnota U,I Efektivní hodnota střídavého proudu (Ief) je rovna hodnotě stejnosměrného proudu, který by při průchodu odporovou zátěží dával stejný průměrný výkon. Efektivní hodnota střídavého napětí (Uef) je rovna hodnotě stejnosměrného napětí, které by při přiložení na odporovou zátěž dávalo stejný průměrný výkon.

Vysvětlete co je střední hodnota U,I Vyjadřuje průměrnou hodnotu signálu po dobu trvání intervalu.

Vznik střídavého sinusového napětí, základní vztahy, funkce Elektrické napětí se indukuje dvěma způsoby a sice

Časovou změnou magnetického toku spřaženého s uzavřenou smyčkou Pohybem vodiče v magnetickém poli.

Vzájemná indukčnost, grafy, základní vztahy, funkce Sériové spojení RL, grafy, základní vztahy, funkce Paralelní spojení RL, grafy, základní vztahy, funkce Sériové spojení RC, grafy, základní vztahy, funkce Paralelní spojení RL, grafy, základní vztahy, funkce Sériové spojení LC, grafy, základní vztahy, funkce Paralelní spojení LC, grafy, základní vztahy, funkce Sériové spojení RLC, grafy, základní vztahy, funkce Paralelní spojení RLC, grafy, základní vztahy, funkce Sériový rezonanční obvod, grafy, základní vztahy, funkce Paralelní rezonanční obvod, grafy, základní vztahy, funkce Co je to impedance obvodu, grafy, základní vztahy Ideální kondenzátory, výpočty, sério­paralelní zapojení Ideální cívka, výpočty, sério­paralelní zapojení Propusti, zádrže, (první ho řádu), na schématu popsat obecně činnost ­ T – článek, dvojitý T článek, přemostěný T článek, π­článek, Co je to útlum RLC obvodů, jak je definovaný, grafy, základní vztahy, funkce Laděné obvody RLC, vysvětlit na příkladu ­ schématu, oscilátor, VF laděný zesilovač, apod. Obvody RLC v NF technice vysvětlit na příkladu – schématu, propusti, filtry, zádrže, korekční členy

25. Optoelektronika

Optoelektronika

LED Šíří se buď vlnově, nebo částicově Pokud elektronu přidáme energii navíc tak ji vyzáří v podobě fotonu. Může být dodána ohřátím, působením elektrického nebo magnetického záření, srážkou s jinou částicí nebo fotonem Generování světla el. polem

Fotoluminiscence – látky vybuzeny optickým zářením – hodinky Katodoluminiscence – nárazem elektronů – obrazovky Radioluminiscence – jaderné záření Termoluminiscence – emitují záření pouze při nějaké teplotě Elektroluminiscence – vybuzení látek el. polem

Co je to led? Dioda vyzařující optické záření, elektroluminiscencí na přechodu

Barva led Určuje ji použitý materiál, poměr materiálů a způsob provedení dotace Základní barvy RGB a poté jejich kombinace

RGB led Vyrábí se čtyř nebo šesti vývodová, možnost také SMD Společná anoda nebo katoda Hlavním účelem je generace všech barev (kombinací RGB) Generace optického záření využití více barev, použitím led a luminoforů

Svítivost Standartní – rozsah 3­30 mcd/10 mA Zvýšená – 100­1000 mcd/20 mA Super svítivé – 1000+ mcd/20 mA Závisí na provedení čipu, typu přechodu, reflektor a na materiálu

V-A charakteristika led

UF – podle barvy a materiálu

Důležité parametry IF – propustný proud UF – propustné napětí IR – proud v závěrném směru UR – napětí v závěrném směru Pm – výkonová ztráta Topr – rozsah provozních teplot Lv – intenzita optického záření Λ – vlnová délka

Rozdíl mezi led a LD Led – více barevná, bodová nebo rozptylová LD – jednobarevná, uspořádané paprsky, malá rozbíhavost paprsků

Detektory světelného záření Vysvětlete, co to jsou detektory světelného záření. Reagují na světelnou energii, mění svoje parametry nebo vlastnosti Otevírají přechod, přeměňují světelnou energii na jinou elektrickou veličinu (solární panely)

Vysvětlete, co je to fotovoltaický jev a princip fotodiody

Dokud na fotodiodu nedopadne světelná energie, dioda neotevře svůj přechod a tím je nevodivá, po zaznamenání světelné energie otevírá přechod a stává se vodivou. Fotovoltaický jev = vybuzení páru elektron (­) díra (+) jako přesun nosičů náboje do oblastí s odpovídajícími typy vodivosti.

Nakreslete a pomocí VA charakteristik vysvětlete princip zapojení fotodiody pro fotovoltaický a foto odporový režim činnosti.

Ve fotovoltaickém režimu pracuje fotodioda jako zdroj elektrické energie Využívá se tento jev u solárních baterií, které jsou vytvořeny soustavami velkoplošných fotodiod.

V odporovém režimu je pomocí rezistoru měřen proud protékající fotodiodou, když je připojen zdroj napětí v závěrném směru Rychlá odezva na změnu osvětlení Velký poměrný rozsah výstupního signálu

Vysvětlete, co je to fototranzistor, jaká jsou jeho základní provedení, porovnejte jeho vlastnosti s vlastnostmi fotodiody. Fototranzistor je tranzistor, ve kterém je možné průchod nosičů náboje řídit intenzitou dopadajícího optického záření.

Vysvětlete, co to jsou fotorezistory, vyjmenujte jejich hlavní vlastnosti, popište princip provedení fotorezistorů. ­Je to jednobran bez přechodu PN, záření vyvolá změnu el. vodivosti ­Velikost odporu je závislá na směru protékajícího proudu ­Citlivost = poměr mezi intenzitou záření a jeho odporu Provedení: ­metodou tlustých vrstev a sintací ­použitím monokrystalů ­metodou tenkých vrstev

Vyjmenujte a popište hlavní parametry fotorezistorů. R10Lx = velikost odporu pro osvětlení 10lx při teplotě 20°C R100Lx = velikost odporu pro osvětlení 100lx Rmin = odpor za tmy Rmax = max trátový výkon Umax = max napětí

Vyjmenujte výhody a nevýhody použití fotorezistorů. Výhody: ­značná citlivost při velkém rozsahu odporů ­snadné použití ­nízká cena ­poměr odporu osvětlení a neosvícení je velký ­pracují se stejnosměrným i stříd. proudem Nevýhody: ­dlouhá odezva ­teplotní závislost s intenzitou osvětlení ­odpor se mění s dobou osvětlení (stárnutí)

Optron ­Vazba mezi el. vstupním a výstupním signálem zprostředkováno světlem. ­základní dvojce zdroj svět záření a detektor opt. záření ­k přenosu datových , analogových,stříd i stejnosměrných signálů.

Zapojení log. optronu s foto T. ­Vzdálenost malá proto přesnost světla je velká ­nižší spínací rychlost ­2 samostatné napájení (oddělení log. obvodů)

Uspořádání optronů a fotorezistorů ­používá se v nízkofrekvenčních obvodech ­odpor měněn intenzitou osvětlení závislé na stejnosměrném a stříd. napětí ­rychlí spínač

­používá se jako ochrana proti přebuzení.

26. Šíření elektromagnetických vln Šíření elektromagnetické vlny se prostorem šíří podobně jako světlo, a proto se můžou :

ohýbat, odrážet, lomit se na rozhraní dvou prostředí.

Rychlost šíření elektromagnetické vlny : šíří se rychlostí světla : c = 3 ∙ 10 8 = 300000

Vlnová délka ( λ ) : je daná vzdáleností dvou sousedních bodů, kde má elektromagnetická vlna stejnou fázi, je dráha, kterou musí elektromagnetická vlna urazit za čas jedné periody T.

Šíření elektromagnetických vln mezi dvěma místy : Elektromagnetické vlny se mohou šířit mezi dvěma místy na zemském povrchu tzn. mezi vysílačem a přijímačem různými cestami :

1. ) Přímou prostorovou vlnou : šíří se od vysílače přímo do volného prostoru ( k přijímači ), na její šíření nepůsobí ani zemský povrch ani ionosféra.

2. ) Ionosférickou prostorovou vlnou přichází do místa příjmu po odrazu, případně ohybu od ionosféry.

3. ) Povrchovou vlnou ohýbá se podél zemského povrchu.

Šíření jednotlivých druhů elektromagnetických vln :

1. ) Velmi dlouhé vlny ( 3 kHz až 30 kHz ) : šíří se povrchovou vlnou do několika stovek kilometrů, dobře se ohýbají okolo překážek, šíří se i ionosférickou prostorovou vlnou několikanásobným odrazem od ionosféry a od Země, tím dosah i několika tisíc kilometrů, jejich šíření ovlivňuje denní doba ( den / noc ), používají se pro námořní navigaci.

2. ) Dlouhé vlny ( 150 kHz až 300 kHz ) : šíří se povrchovou vlnou do několika stovek kilometrů, jejich šíření neovlivňuje denní doba a proto se u nich nevyskytují poruchy příjmu ( příjem je stálý ), používají se pro rozhlasové vysílání v pásmu dlouhých vln ( DV ).

3. ) Střední vlny ( 300 kHz až 1,6 MHz ) : šíří se prostorovou i povrchovou vlnou, povrchovou vlnou se šíří přes den, kdy je prostorová vlna utlumena v ionosféře, po západu slunce je prostorová vlna odrážená ionosférou, a proto se v noci zvětší dosah vysílače, používají se pro rozhlasové vysílání v pásmu středních vln ( SV ). Při šíření prostorových vln vzniká kolísání příjmu a jeho únik vlivem interference ( skládání ) povrchové a prostorové vlny. Prostorová vlna může do místa příjmu dopadnout s opačnou fází než povrchová a tím ji potlačí.

4. ) Krátké vlny ( 3 MHz až 30 MHz ) : šíří se povrchovou vlnou jen do vzdálenosti desítek kilometrů, především se šíří prostorovou vlnou a po vícenásobném odrazu mezi ionosférou a Zemí se může šířit do velmi velkých vzdáleností, používají se pro rozhlasové vysílání v pásmech : 11m, 13m, 16 m, 19 m, 25 m, 31 m, 42 m, 49 m a 60 m, dále se používají v dálkových spojích.

5. ) Velmi krátké vlny ( 30 MHz až 300 MHz ) : šíří se podobně jako světlo, šíří se téměř výhradně přímou vlnou, ohyb je poměrně malý, používají se pro rozhlasové ( VKV – FM ) a televizní vysílání.

6. ) Ultra krátké vlny ( 300MHz až 800 MHz ) : šíří se jen na přímou viditelnost, používají se pro televizní vysílání.

7. ) Frekvence nad 1 GHz : používají se pro družicový příjem.

27. Antény Vysílací anténa – je určena k přeměně elektrické energie vysokofrekvenčního proudu na energii elektromagnetických vln. Přijímací anténa – slouží k přeměně elektromagnetických vln přicházejících z prostoru na energii vysokofrekvenčního proudu. Každá anténa může být použita pro vysílání i pro příjem. Elektromagnetické pole má dvě složky : elektromagnetickou, magnetickou Elektromagnetické vlny vznikají kolem každého vodiče, kterým prochází elektrický proud, ale ne každé uspořádání vodičů zaručuje maximální vyzařování.

a) Dvoudrátové vedení nevyzařuje účinně, protože oběma vodiči procházejí proudy stejné velikosti, ale opačného směru, takže jimi vyvolaná pole se vzájemně ruší. Z těchto důvodů se nehodí jako anténa.

b) Jednodrátové vedení : získáme, když rozvineme vedení dvoudrátové, takové uspořádání nazýváme symetrický zářič

Symetrický zářič – představuje nejjednodušší vysílací i přijímací anténu.

Technické parametry antén :

A. ) Směrovost antén : 1. ) Směrovost antény – je to schopnost antény vyzařovat ( přijímat ) elektromagnetické vlny v žádaných směrech. 2. ) Směrový ( vyzařovací ) diagram : udává závislost intenzity elektromagnetického pole na směru vysílání, podle něj posuzujeme směrovost antény. 3. ) Vyzařovací úhel antény – je dán místy na směrovém diagramu, kde poklesne vyzářený výkon z možného maxima na 50 %. Větší počet anténních prvků vyzařovací úhel zmenšuje a proto je víceprvková anténa směrová.

Vyzařovací diagramy : a) svislý dipól; b) půlvlnný dipól; c) dvouprvková anténa.

Směrové diagramy antén :

Dipól : směrový diagram v horizontální rovině je kružnice, nevykazuje tedy žádné směrové účinky, jedná se o všesměrovou anténu. Půlvlnný dipól ­ směrový diagram je ve tvaru osmičky. 4. ) Činitel směrovosti antény – udává, kolikrát je nutno zvýšit výkon vysílače, aby intenzita pole v místě příjmu zůstala stejná při přechodu ze směrové antény na anténu všesměrovou.

B. ) Rezonanční frekvence a šířka pásma antény :

Rezonanční frekvence antény : Anténa je otevřený rezonanční obvod, jehož indukčnost a kapacita jsou realizovány vodičem o určité délce. Je­li anténa v rezonanci musí být délka vodiče celistvým násobkem poloviny vlnové délky, neboli se stejným účinkem jako obvod RLC v rezonanci. Rezonanční frekvence závisí také na výšce antény nad zemí ( vliv kapacity mezi deskami “otevřeného“ kondenzátoru ).

Šířka pásma antény : I když má anténa vlastní rezonanční frekvenci, tak pracuje účinně v určitém frekvenčním pásmu, ohraničeném fmin a fmax.

Vně těchto frekvencí klesá intenzita elektro­magnetického pole o 3 dB; této hodnotě odpovídá poloviční výkon ( 50 % ) a také 71 % z maximálního napětí v rezonanci. Takto definovanými frekvencemi je omezena šířka frekvenčního pásma antény. Šířka pásma antény závisí na typu a konstrukci antény a pohybuje se od jednotek kHz až po stovky MHz. Úzkopásmové antény – omezují příjem rušení z jiné frekvence. Širokopásmové antény – překrývají celé požadované pásmo ( jinak by bylo nutné

použít více antén ).

C. ) Zisk antény ( G ) : Je to hlavni parametr charakterizující účinnost antény. Udává se v [ dB ]. Zisk určuje, kolikrát je třeba zvýšit výkon referenční antény ( půlvlnný dipól se ziskem G = 0 dB ) vzhledem ke zkoumané anténě pro dosažení stejné intenzity pole v měřeném místě.

D. ) Impedance antény ( Z ) : Znalost impedance je důležitá pro její připojení k napáječi ( vedení spojující anténu s vysílačem nebo přijímačem ). Musí být splněna podmínka, že impedance antény a napáječe je stejná ! Nezáleží na délce napáječe.

E. ) Polarizace antény ( H / V ) : Dva druhy polarizace antén : H horizontální ( vodorovná ), V vertikální ( svislá ). Polarizace přijímací antény musí být shodná s polarizací vysílací antény !

F. ) Předozadní poměr : Udává jak je zeslaben signál přicházející na anténu z opačné strany než přijímaný signál.

Druhy antén - pro DV, SV, KV :

Drátová anténa : Jedná se o nejjednodušší anténu, u které je použit vertikální vodič s horizontální částí.

Feritová anténa :

Anténa je tvořená feritovou tyčkou asi 100 až 150 mm; průřez má kolem 1 cm2 . Na jádro je navinuta cívka. Ferit má značnou permeabilitu a tak soustřeďuje magnetické pole vysílané vysílačem.

Antény pro VKV a UKV :

Laděný dipól : je základem antén pro tyto frekvence, má délku v určitém poměru k délce přijímané elektromagnetické vlně, v nejjednodušším případě je tvořen dvěma vodivými prvky, umístěnými v jedné rovině, celková délka obou prvků se rovná poloviční vlnové délce přijímané vlny ( λ / 2 ), a proto se takovému dipólu říká půlvlnný dipól, vstupní impedanci má 75 Ω.

Skládaný dipól : získá se spojením dvou stejných půlvlnných dipólů, z nichž je jeden rozdělen pro připojení napáječe (svodu) vstupní impedanci má 300 Ω.

Antény typu YAGI : Tyto antény jsou nazvané podle svého japonského objevitele. Pro svou jednoduchost a robustnost jsou dnes nejvíce používanou anténou pro VKV – FM rozhlas a pro všechna televizní pásma. Jednotlivé prvky antény YAGI :

zářič ( dipól ) ­ k němu je připojen napáječ, reflektory ­ umístěné za zářičem ( ve směru příjmu ), jsou delší než zářič, direktory ­ umístěné před zářičem, jsou kratší než zářič.

Pasivní prvky – R ( reflektor ) a D ( direktor ) nemají napájení. Aktivní prvek – zářič; je napájený. Pasivní prvky při vysílání zachycují značnou část energie vyzářenou zářičem a sami jí vyzáří tak, že se tato energie spojí s energií vyzářenou zářičem. Tím se značně protáhne vyzařovací diagram a zvětší se zisk antény.

Antény pro decimetrové a centimetrové vlny :

Parabolické antény : Anténa je konstruována podle tvaru paraboloidu.

Paraboloid : má tu vlastnost, že se vlny odrážejí od něho do jednoho místa ­ ohniska, ve kterém je umístěn dipól nebo ústí vlnovodu,

musí být přesně vyroben; odchylka nesmí být větší než desetina délky vlny ( 0,1 . λ ),

dosahuje se velkých hodnot zisku antény.

28. Přijímače

Přijímací řetězec amplitudových modulací

VFZ – vf. zesilovač D ­ demodulátor NFZ – nf. zesilovač

Demodulátory Demodulace – proces, při kterém se získává z modulovaného vysokofrekvenčního nosného signálu ( nosné vlny ) zpět modulační nf signál. Demodulátory ­ nelineární obvodové prvky pomocí nichž se uskutečňuje demodulace.

a ) Asynchronní demodulátory AM : Diodové detektory : Využívají pro svou činnost usměrňovací účinky diod. Diodový detektor může být paralelní nebo sériový ( podle zapojení diod v signálové cestě ).

Většinou se používá sériové zapoje­ní diod. Modulované vf napětí je odebíráno z rezonančního obvodu LC1. Detekční dioda D propustí pouze kladné části signálu, které na odporu R vytvoří proměnný úbytek napětí. Kondenzátor C 2 potlačí ( svede na zem ) vf zvlnění demodulovaného napětí (dolní propust ). Nf signál je odebírán za kondenzátorem CV, který nepropustí stejnosměrnou složku. Nevýhoda – při detekci malých signálů vzniká značné nelineární zkreslení ( dioda pracuje v nelineární části své V – A charakteristiky ). Výhody : Spolehlivost, velká citlivost, jednoduchost.

b. ) Synchronní demodulátory AM :

Princip těchto demodulátorů spočívá ve vynásobení vstupního signálu AM refe­renční nemodulovanou nosnou vlnou se stejnou frekvencí i fází. Výhody proti asynchronním demodulátorům : ­ vstupní signál může mít nižší úroveň, ­ lepší linearita ( menší zkreslení ), ­ lepší šumové poměry. Nevýhody ­ je zapotřebí referenční nosná vlna; ­ obvodová složitost ( užití integrovaných obvodů ). Použití : Např. v barevných televizorech.

29. Vysílače

Vysílací a přijímací řetězec amplitudových modulací

B – budič vf. vlny (oscilátor) M – modulátor RS – rozhlasové středisko

Co je to modulace, její rozdělení, důvod k používání Modulovaný nízkofrekvenční signál je pomocí amplitudového modulátoru namodulován na vysokofrekvenční modulační signál. Modulační signál má stále stejnou frekvenci i fázi, modulovaným signálem je ovlivněna pouze amplituda. Používáme hloubku modulace 25%, 75% a 100%. Hloubka modulace znamená amplitudový rozsah modulačního signálu, přičemž při hloubce nad 100% dochází ke zkreslení signálu. Používá se pro DV a SV. Signál je pouze mono a je velice náchylný k rušení okolními vlivy.

Amplitudová modulace ( AM ) : Moduluje se amplituda vf nosné vlny ( A vf ) – ta se bude měnit podle změn okamžité hodnoty amplitudy nf modulačního signálu ( A nf ). Poznámka : Modulační signál ovlivňuje nosnou vlnu souměrně z obou stran osy y.

2. ) Modulátory pro frekvenční modulaci : ­ využívá se elektronická součástka, která mění svou imaginární složku impedance v závislosti na připojeném nf modulačním signálu ( na jeho velikosti ), ­ využívá se např. varikap ( kapacitní dioda, jejíž kapacita závisí na přiloženém napětí ).

Změnami kapacity varikapu se mění rezonanční frekvence rezonančního obvodu LC, a tím i kmitočet oscilátoru – tak vzniká frekvenčně modulovaná vlna. Týká se frekvence nosné vlny, který se mění v závislosti na změnách okamžité hodnoty amplitudy modulačního signálu. Amplituda nosné vlny se nemění. Nosná vlna reaguje na amplitudové změny modulačního signálu.

Na modulační frekvenci závisí rychlost změn. ­ pro akustické frekvence se používá frekvenční

zdvih f = ± 75 kHz; ­ maximální frekvence modulačního signálu f max = 15 kHz; ­ pro uvedené hodnoty je potřebná šířka pásma B min = 180 kHz. Šířka pásma [ B ] : B = 2 . ( f max + ∆f ), ∆f – kmitočtový zdvih, f max – max. kmitočet modulačního signálu.

30. Číslicová technika – teorie obvodů, 1. Převeďte binární číslo (10110)2 do dekadické soustavy.

116 08 14 12 01 = 22

2. Zapište znění De Morganových pravidel a zákona dvojí negace.

^ ­ negace 2x negace se vyruší … a^^ = a → ^ mínus ^ = nic… (a * b)^ = a^ + b^ → negované a * b = a^ + b^ (a + b) ^ = a^ * b^ → negované a + b = a^ * b^

3. Vytvořte Karnaughovu mapu z následující logické funkce, která je zadaná pravdivostní tabulkou. Zminimalizujte pomocí této mapy zadanou funkci.

4. Rozdělte klopné obvody.

Astabilní klopný obvod Monostabilní klopný obvod Bistabilní klopný obvod Schmittův klopný obvod

5. Popište funkci multiplexeru a demultiplexeru.

6. Popište obvod na následujícím obrázku a zapište jeho pravdivostní tabulku.

ŠABLONA:

Nadpis tématu

Nadpis 1

Nadpis 1- ( rozdělení do druhů atp.)

Podnadpis nadpisu 1-

Podnadpis podnadpisu nadpisu 1-

a další...