Listopad 2008

Usměrňovač

5. listopadu 2008 v 16:53 | Martin Smolák |  elektrotechnika

Usměrňovač

Usměrňovač je elektrické zařízení, které se používá k přeměně střídavého elektrického proudu na proud stejnosměrný. Protože elektronické obvody ke své činnosti obvykle potřebují stejnosměrný proud a k distribuci elektrické energie se využívá proud střídavý, bývá usměrňovač součástí většiny elektrických přístrojů a zařízení spotřební elektroniky, napájených z elektrické sítě. Usměrňovače se také v hojné míře používají v napájecích soustavách elektrických trakčních vozidel ( kupř. pro pohon lokomotiv, tramvají, trolejbusů či vozů metra ).
Výstupní napětí má obvykle zvlněný průběh, proto je nutné jej ještě filtrovat, obvykle pomocí kondenzátoru.
V současnosti se používají téměř výhradně polovodičové usměrňovače na bázi křemíku, kterými byla ostatní zařízení prakticky vytlačena, i když není vyloučeno že vzniknou nová zařízení založená na silikon-karbidu, jehož předpokládanou výhodou je možnost provozu při vyšší teplotě.
Obecně mohou být realizovány usměrňovače:
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 (v podstatě pouze teoretická možnost)
Nevýhodou klasických diodových nebo tyristorových usměrňovačů je, že odebírají ze sítě zkreslený nesinusový průběh proudu. Tuto nevýhodu řeší aktivní usměrňovače. Aktivní usměrňovače jsou sofistikovaná elektronická zařízení využívající pulsně šířkovou modulaci, mají ve srovnání s klasickými usměrňovači vyšší ztráty a vyšší hodnotu usměrněného napětí, ale umožňují rekuperaci.


Zapojení neřízeného usměrňovače

Jednocestný usměrňovač propouští pouze jednu půlvlnu vstupního napětí. Má tudíž pouze poloviční účinnost a používá se především u zařízeních s velmi nízkým odběrem proudu. Jde o nejjednodušší zapojení usměrňovače, které vyžaduje pouze jednu diodu.
Zapojení jednocestného usměrňovače
Dvoucestný usměrňovač propouští obě půlvlny vstupního napětí. Pokud je usměrňovač připojen na transformátor s dvojitým sekundárním vinutím, je možné jej realizovat pomocí dvou diod.
Zapojení dvoucestného usměrňovače
Nejpoužívanějším typem dvoucestného usměrňovače je Grätzův můstek. Jde o zapojení využívající čtyři diody v můstkovém zapojení.
Zapojení Gratzova můstku

Variátor (elektro)

5. listopadu 2008 v 16:48 | Martin Smolák |  elektrotechnika

Variátor (elektro)



Voltampérová charakteristika variátoru
Voltampérová charakteristika variátoru
Variátor
Variátor

Variátor je jednou z nejjednodušších elektronických součástek a lze jej použít ke stabilizaci proudu v určitém rozsahu napětí (vakuový stabilizátor proudu). Voltampérová charakteristika je nelineární, s pracovní oblastí mezi body A a B.
Ve skleněné baňce naplněné vodíkem je napnut rovný nebo do spirály stočený železný drát, jehož průměr je volen podle proudu, který má vodičem procházet. Při proudové intenzitě odpovídající úseku 0 až A voltampérové charakteristiky je teplo odváděno přestupem tepla vodíkem a baňkou do okolí. Jakmile proud dosáhne hodnoty dané bodem A, vytvoří se horký plynný obal, který částečně tepelně izoluje kovové vlákno. Se stoupajícím napětím roste proud jen zvolna. Po překročení hodnoty v bodě B se plynný obal začne dotýkat baňky, přestup tepla do okolí se zvětší a nárůst odporu vlákna se zmenší. Mezi body A a B voltampérové charakteristiky variátor velmi účinně stabilizuje hodnotu protékajícího proudu.
Nevýhodou variátoru je malá mechanická odolnost, rozměrnost, malá životnost a velká spotřeba energie. Přestože je levný, používá se dnes výjimečně. Podobnou charakteristiku jako variátor mají i wolframové žárovky, ale ty mají užší pracovní oblast.
Variátory se vyráběly v různých velikostech baněk a s různými typy patic, obdobně jako elektronky nebo žárovky.

Varistor

5. listopadu 2008 v 16:47 | Martin Smolák |  elektrotechnika

Varistor


Symbol varistoru
Symbol varistoru
Varistor je nelineární polovodičová součástka, jejíž odpor závisí na napětí. Je zhotovena slisováním a spékáním zrníček karbidu křemíku (SiC) při teplotě kolem 1200 °C, nebo spékáním oxidů některých kovů - například zinku. První uvedené se označují jako karbidové varistory, druhé jako MOV (Metal Oxid Varistor). Název součástky je odvozen z anglického variable resistor. Varistor je někdy označován i jako VDR (Voltage Dependent Resistor - rezistor závislý na napětí).
Při zvětšování napětí mezi vývody varistoru dochází nejprve k pomalému a skoro lineárnímu vzrůstu proudu. Odpor součástky je velký a téměř konstantní. Po dosažení napětí Un prudce poklesne vnitřní odpor. Napětí na varistoru se dále zvětšuje málo, dochází však k velkému nárůstu proudu.
Varistory se užívají ke stabilizaci stejnosměrných napětí a jako přepěťová ochrana. Lze je použít k ochraně kontaktů relé před jiskřením. V oblasti zvukových kmitočtů není varistor frekvenčně závislý, a protože elektrický odpor varistorů závisí pouze na přiloženém napětí, nedochází v reakci na napěťové výkyvy k žádnému zpoždění. Varistory poměrně dobře snášejí impulzové zatížení a propouštějí krátkodobě i velké proudy bez poškození.


Unipolární tranzistor

5. listopadu 2008 v 16:46 | Martin Smolák |  elektrotechnika

Unipolární tranzistor

Unipolární tranzistor je polovodičový prvek, jehož označení unipolární vyjadřuje, že přenos náboje je v tomto tranzistoru uskutečňován pouze majoritními nositeli (na rozdíl od bipolárního tranzistoru). Skládá se z polovodičů typu N a P.
Pro velký vstupní odpor se těmto tranzistorům také říká tranzistory řízené elektrickým polem (FET, Field-Effect Transistors). Velký vstupní odpor je velkou výhodou unipolárních tranzistorů oproti bipolárním, jejichž malý vstupní odpor se nepříznivě projevuje při zesilování signálů ze zdrojů s velkým vnitřním odporem. Vstupním obvodem unipolárního tranzistoru tak neteče proud a je, podobně jako elektronka, řízen napětím. Řídící elektrodou teče buď jen malý proud ekvivalentní proudu diody v závěrném směru nebo jí neteče prakticky žádný proud.
Tyto výhody umožňují unipolární tranzistor využívat v obvodech s vysokou hustotou integrace. Z principu funkce bipolárního tranzistoru totiž vzniká Jouleovo teplo, které není schopný miniaturní čip odvést.
Nevýhodou (danou právě vysokou vstupní impedancí) je možnost snadného poškození těchto tranzistorů statickým nábojem, zvláště při manipulaci před zapojením do obvodů.
Existují dva druhy unipolárních tranzistorů:
  • JFET (unipolární tranzistor s přechodovým hradlem)
  • MOSFET (unipolární tranzistor s izolovaným hradlem)


Tyristor

5. listopadu 2008 v 16:46 | Martin Smolák |  elektrotechnika

Tyristor




Schéma tyristoru a náhradní zapojení ze dvou tranzistorů
Schéma tyristoru a náhradní zapojení ze dvou tranzistorů
Tyristor je polovodičová součástka sloužící ke spínání elektrického proudu (nejčastěji výkonových obvodů), fungující jako řízený elektronický ventil.
Tyristor je čtyřvrstvá spínací součástka (obvykle PNPN), která nevykazuje usměrňující účinky jako dioda, avšak je možné ji ovládat (spínat) pomocí impulsu do řídicí elektrody G (Gate). Anoda (A) a katoda (K) se v obvodu nesmí zaměnit, zátěž je vždy připojena k anodě.
Jedná se o velice účinný nástroj pro řízení velmi výkonných elektrických strojů. V moderních elektrických lokomotivách se používá nejčastěji pro pulzní regulaci výkonu trakčních motorů pro stejnosměrný proud. K regulaci výkonu asynchronních motorů se používají vyspělejší zařízení IGBT.
//


Způsoby zapnutí tyristoru

  • Krátkodobým proudovým pulsem do řídící elektrody G (Gate).
  • Překročením kritické hodnoty anodoveho napětí dojde k průrazu druhého přechodu (NP). (Tento způsob se většinou nepoužívá.)
  • Rychlým nárustem anodového napětí, tj. nadkritickou strmostí UAK (S = ΔU/Δt = i/C). Při velké strmosti se vyvolá velký proud I přes přechod, který dále vyvolá lavinovou ionizaci krystalové mřížky a tím uvede tyristor do sepnutého stavu. Tento způsob sepnutí byvá většinou nežádoucí a je nutno mu předejít například tlumivkou nebo jiným zpomalovacím členem.
  • Teplotou při určitém napětí UAK. (Také většinou nežádoucí.)
  • Osvětlením druhého (NP) přechodu, takto pracuje fototyristor.

Způsoby vypnutí tyristoru

  • Přerušením anodového proudu.
  • Komutací anodového napětí (přepólování). U střídavých proudů se tak děje automaticky v každé záporné půlvlně, ve stejnosměrných obvodech je nutno použít komutační zařízení (viz Komutátor (elektrotechnika)).
  • Zkratem mezi anodou (A) a katodou (K).

Tunelová dioda

5. listopadu 2008 v 16:44 | Martin Smolák |  elektrotechnika

Tunelová dioda

Schématická značka tunelové diody
Schématická značka tunelové diody
Tunelová (Esakiho) dioda je dioda využívající tunelový jev v propustném směru PN přechodu, který je vyvolaný stavem degenerace zvyšováním koncentrací, při kterém Fermiho energetické hladiny přecházejí až do valenčního, respektive vodivostního pásu.
Tunelové diody se vyrábějí nejčastěji z galiumarsenidu (GaAs), u kterého dosahuje poměr proudu v maximu a minimu nejvyšších hodnot (20 až 65; u křemíku jen 3, u germania 5 až 15).
Protože tunelový jev je vlastně kvantově mechanický jev související s relacemi neurčitosti, při kterém se v propustném směru uplatňují jen majoritní nositelé, kteří tunelují přes zakázaný pás rychlostí blízkou rychlosti světla ve vakuu, je tunelová dioda extrémně rychlým elektronickým prvkem použitelným do frekvencí v řádu několika desítek GHz. Malá závislost na vnitřní ionizaci je příčinou malé citlivosti na ionizující záření i na teplotní změny. Proto se počítalo s využitím tunelových diod v kosmickém výzkumu, oscilátorech, zesilovačích pro vysoké frekvence, čítačích atd.
Ovšem s rozvojem bipolárních a unipolárních tranzistorů se tunelové diody přestaly sériově vyrábět pro jejich značné nedostatky - potřeba zdroje napětí s velikostí několika desetin voltu a malým vnitřním odporem, malá stabilita v oblasti záporného diferenciálního odporu, malá odolnost proti opačné polaritě napětí.

Trimr

5. listopadu 2008 v 16:43 | Martin Smolák |  elektrotechnika

Trimr


Trimry
Trimr je pasivní součástka, jejíž hodnotu lze měnit, ale obvykle není přístupná uživateli zařízení, v němž je vestavěna. Obvykle se tak označuje rezistor (odporový dělič se třemi vývody), ale existuje i kapacitní trimr.
V principu se jedná o stejný typ součástky, jako je potenciometr nebo proměnný kondenzátor, ale většinou se jedná o miniaturizovanější provedení, s podstatně menší mechanickou životností. Provádí se jím nastavení parametrů zařízení při výrobě nebo údržbě.
Odporový trimr oproti potenciometru nemusí mít vyvedeny oba kraje odporové dráhy, jezdec může být s jedním z nich propojen, nebo pouze vyveden jeden kraj dráhy a jezdec. Trimr je pak možné použít pouze jako proměnný rezistor (reostat).


Triak

5. listopadu 2008 v 16:42 | Martin Smolák |  elektrotechnika

Triak


Schématická značka Triaku
Schéma anitparalelního zapojení tyristorů
Triak (z anglického TRIode Alternating Current switch = triodový spínač střídavého proudu) je polovodičový spínací prvek schopný vést elektrický proud oběma směry. Vlastnosti triaku přibližně odpovídají vlastnostem dvou antiparalelně zapojených tyristorů, u kterých jsou řídící elektrody propojeny v jednu. Triaky jsou konstruovány pro běžná napětí v rozvodných sítích a pro proudy do několika ampérů. Typické použití je v regulaci domácího osvětlení, otáček praček, vrtaček a podobných nízkovýkonových elektrických spotřebičů. Hlavní výhodou je jednoduché zapojení do elektrických obvodů.

Popis funkce

  • Pro sepnutí triaku musí být na hlavních elektrodách dostatečně velké napětí a do řídící elektrody musí být přiveden proudový impuls o hodnotě vyšší než je proud spínací.
  • Triak je sepnutý a vede tak dlouho, dokud se velikost protékajícího proudu nesníží pod hodnotu vratného proudu (tj. do okolí nuly).
  • Uzavírání triaku nastane při poklesu proudu pod hodnotu vratného proudu, a to při jakémkoliv proudu řídící elektrody.
  • Pokud triakem neprotéká žádný proud a hodnota proudu na řídící elektrodě je nižší než hodnota spínacího proudu, triak se ihned uzavře (rozepne).

Tlumivka

5. listopadu 2008 v 16:41 | Martin Smolák |  elektrotechnika

Tlumivka
Tlumivka bývá tvořena vodičem navinutým do cívky ve tvaru válce nebo prstence (toroidu). V ose cívky bývá uloženo feromagnetické jádro (tlumivka se železem), pak má nelineární charakteristiku. Nebo je bez feromagnetického jádra (vzduchová tlumivka), pak má lineární charakteristiku.
Obvyklé požadavky na tlumivku:
  • Minimální rezistance vodiče (R).
  • Minimální parazitní kapacitance (C - vodič/vodič, vodič/zem).
  • Odpovídající reaktance (XC = j ω.L.C = j 2.π.f.L.C).


Termistor

5. listopadu 2008 v 16:40 | Martin Smolák |  elektrotechnika

Termistor



NTC termistor, včetně přívodů
NTC termistor, včetně přívodů
Termistor je elektrotechnická součástka, jejíž elektrický odpor je závislý na teplotě.
Rozlišujeme dva druhy termistorů - NTC a PTC termistor. NTC (někdy označovaný jako negistor[1]) je termistor s negativním teplotním koeficientem, což znamená, že se zahřátím součástky odpor klesá. U PTC (někdy označovaný jako pozistor) termistoru se zahřátím odpor roste.
NTC termistor se používá také jako teplotní čidlo (k měření teploty) - musíme znát VA charakteristiku termistoru. Měření se realizuje tzv. můstkovou výchylkovou metodou (lze měřit až s přesností 10-5 K).
Speciální NTC termistory byly součástí žhavicích obvodů elektronkových zařízení. Sloužily jako ochrana proti přepálení vláken elektronek, zapojených v sérii. NTC termistor má opačnou teplotní charakteristiku než vlákna (jeho odpor s teplotou klesá), a tak zpočátku tlumil protékající proud. Tím umožnil postupné prohřátí všech vláken. Pokud by nebyl zařazen, hrozilo, že jedno z vláken se zahřeje dříve, vzroste tím proti ostatním vláknům jeho odpor a takto vzniklý velký úbytek napětí způsobí přepálení vlákna.
PTC termistor lze využít například k omezení proudu obvodem, kdy průchod většího množství proudu vyvolá ohřátí součástky, které má díky tomu vyšší odpor.

Výroba a praktické použití

Termistory se vyrábějí z oxidu různých kovů (Mn, Co, Ni, Cu, Ti, U, aj.), jež se rozemele na prášek, přidají se další příměsi a pojidlo a poté se za vysokého tlaku slisuje na žádaný tvar a spéká při vysoké teplotě (přes 1000 °C). Výrobek se nechá zestárnout, aby se jeho vlastnosti stabilizovaly. Lisuje se do tvaru tyčinek, perliček, korálků, kotoučků nebo podložek malých rozměrů (řádu 1 až 10 mm). U termistorů lze pracovat pouze s malými proudy (asi 50 μA), proto se musí použit velmi citlivých měřících přístrojů. Termistory mají velký vnitřní odpor, proto je odpor jejich přívodních vodičů zanedbatelný. Jejich velikost umožňuje téměř bodové měření teploty a spolu s vysokou citlivostí splňují tyto součástky základní nároky na miniaturizaci techniky. Jejich většímu rozšíření brání jejich časová nestabilita a za nevýhodu lze považovat značnou nelineární závislost jejich odporu na teplotě (proto zde nemůžeme použít například trojčlenku pro výpočet odporu při určité teplotě (při známém počátečním odporu při určité teplotě)).

Solenoid

5. listopadu 2008 v 16:39 | Martin Smolák |  elektrotechnika

Solenoid



Podélný průřez solenoidem.
Podélný průřez solenoidem.
Solenoid je podlouhlá cívka se stejně hustými závity stejného kruhového tvaru po celé délce. Délka takové cívky obvykle převyšuje její průměr, magnetické pole uvnitř cívky se tak obvykle považuje za rovnoměrné (konstantní).

Rezistory s proměnnou hodnotou

5. listopadu 2008 v 16:37 | Martin Smolák |  elektrotechnika

Rezistory s proměnnou hodnotou



Rezistory s proměnnou hodnotou se používají v zapojení jako potenciometr nebo jako reostat. V zapojení jako potenciometr jde o odporový dělič napětí. Reostat je pouze předřadný resistor s proměnnou hodnotou. U reostatu je výstupní napětí velmi závislé na zátěži a u elektronických zařízení se s ním téměř nesetkáme. Zvláštním druhem reostatu byly vodní reostaty, kterými se regulovaly otáčky kolotočů v zábavních parcích. Potenciometry se vyrábějí s průběhem lineárním, logaritmickým nebo exponenciálním, v případě potřeby i speciálním. Podle přesnosti se dělí do několika tříd přesnosti od běžných 10% až po velice přesné potenciometry s chybou v desetinách procenta. Tomu odpovídá i konstrukce potenciometru. Běžné jsou otočné s úhlem pootočení jezdce o 270°, méně často se užívají s přímočarým pohybem jezdce. Podle zatižitelnosti se užívají robustní drátové potenciometry se zatižitelností 15 W i více, pro menší zatížení jsou určeny potenciometry, u nichž je vrstva odporového materiálu nanesena na izolační podložku. Potenciometry tohoto provedení mají mechanickou trvanlivost 10 000 až 30 000 přejezdů dráhy. Nejlehčí provedení, resistorové trimry, se většinou užívají pro jemné nastavení pracovního bodu obvodu, v němž jsou zapojeny a přestavují se jen výjimečně. Jejich životnost je do 500 přejezdů a výkonová zatižitelnost bývá v desetinách wattu. Samostatnou skupinu, co se týče přesnosti a robustnosti provedení, jsou víceotáčkové přesné drátové potenciometry, tzv. Aripoty, které přes svoji robustnost jsou určeny pro zatížení jen velmi malými proudy. Užívají se např. v analogových počítacích.


Rezistor

5. listopadu 2008 v 16:36 | Martin Smolák |  elektrotechnika

Rezistor



Různé druhy rezistorů
Různé druhy rezistorů
Rezistor je pasivní elektrotechnická součástka projevující se v elektrickém obvodu v ideálním případě jedinou vlastností - elektrickým odporem. Důvodem pro zařazení rezistoru do obvodu je obvykle snížení velikosti elektrického proudu nebo získání určitého úbytku napětí.
Tato součástka bývá běžně označována jako odpor, což ale může vést k nejednoznačnostem kvůli možné záměně se stejnojmennou veličinou (tj. s elektrickým odporem). Pro odlišení se začal používat pojem odporník (dnes velmi zastaralý) a později rezistor.
Projekt Wikiknihy nabízí knihu na téma:
//<![CDATA[ if (window.showTocToggle) { var tocShowText = "zobrazit"; var tocHideText = "skrýt"; showTocToggle(); } //]]>


Elektrotechnická značka

Schematické značky rezistoru
Schematické značky rezistoru
Schématická značka rezistoru není celosvětově sjednocena. V Evropě se používá symbol ve tvaru obdélníčku, zatímco ve Spojených státech a Japonsku se používá symbol vytvořený z lomené čáry.

Ideální a reálný rezistor

Ideální rezistor by měl mít jediný parametr, tedy svůj odpor, a tento parametr by neměl být závislý na jakýchkoliv vnějších vlivech. Podle Ohmova zákona by se tedy proud protékající rezistorem s odporem R a přiloženým napětím U měl rovnat:
I = \frac {U}{R}
nebo naopak napěťový úbytek vzniklý na témže rezistoru, kterým protéká proud I:
U = {I} \cdot {R}

Výkon daný vztahem:
P = {U} \cdot {I} = {I}^2 \cdot {R} = \frac{U^2}{R}
rezistor promění v teplo, to znamená, že se procházejícím proudem ohřívá.
Náhradní schéma reálného rezistoru
Náhradní schéma reálného rezistoru
Reálný rezistor je ovšem 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. Mimo reálný odpor vykazuje také sériovou indukčnost a paralelní kapacitu (viz náhradní schéma). Tyto parazitní veličiny se znatelně projevují až při vyšších frekvencích procházejícího proudu.
  4. Při velmi vysokých frekvencích na něm navíc dochází k tzv. skinnefektu.
  5. Rezistor vykazuje elektrický šum.
  6. Podle materiálu použitého k výrobě je hodnota odporu závislá i na přiloženém napětí.

Parametry udávané u rezistorů

Hodnoty odporu
Rezistory se vyrábějí v řadách vyvolených čísel např. řada E12 má tyto hodnoty:
1,0; 1,2; 1,5; 1,8; 2,2; 2,7; 3,3; 3,9; 4,7; 5,6; 6,8; 8,2
Hodnoty např. 0,5, 1 Watt.
  • tolerance hodnoty odporu udané na rezistoru v procentech
Typické hodnoty 1 %, 5 %, 10 %, 20 % na součástkách vyznačené písmenem.

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 vysokofrekvenční 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 předpokládaném 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).

Druhy rezistorů

Ukázka výkonového vzduchem chlazeného rezistoru vhodného pro velké proudové rázy. Délka rezistoru je cca 40 cm
Ukázka výkonového vzduchem chlazeného rezistoru vhodného pro velké proudové rázy. Délka rezistoru je cca 40 cm
Rezistory se rozlišují podle konstrukce, podle velikosti odporu a dovoleného zatížení. Rezistory, jejichž odpor lze měnit, se nazývají reostaty, potenciometry nebo trimry.
Pro povrchovou montáž se vyrábí rezistory v miniaturním provedení ve tvaru hranolku bez vývodů označované jako SMD.

Využití rezistorů

  • Rezistory jsou nejpoužívanějšími 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)
  • Maření 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

Značení rezistorů

Odpory na pásku, s barevným značením hodnoty.
Odpory na pásku, s barevným značením hodnoty.
Základní jednotkou pro značení rezistorů je 1 Ω (1 ohm). Pokud je jasné, že se jedná o rezistor, znak Ω se obvykle nepíše. Např. rezistor označený "100k" má hodnotu 100 kΩ. Značka řádu (k, M, G…) slouží současně jako desetinná tečka, takže např. odpor "6k8" má hodnotu 6,8 kΩ, odpor "k100" má hodnotu 0,1 kΩ. Hodnota rezistorů se dnes často označuje barevným proužkovým kódem, který je na miniaturních součástkách lépe čitelný, než nápis. V poslední době se častěji používá třímístné značení např. 102, kde 10 značí hodnotu a třetí místo představuje počet nul za hodnotou. Takže tato hodnota je jinak 1000 ohmů.
U SMD rezistorů se užívá značení formou tří nebo čtyř číslic, např. 102 je odpor 1000 ohmů v toleranci 5%. Čtyři číslice označují rezistory v toleranci hodnoty odporu 1%.

Charakteristické vlastnosti rezistorů

  • Jmenovitý odpor rezistoru - předpokládaný 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 odpovídající 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:
a)tepelné šumové napětí - je závislé na teplotě a šířce kmitočtového pásma, ve kterém se rezistor používán.
b)povrchové šumové napětí - závisí na velikosti stejnosměrného napětí U přiloženého na rezistor.

Sériové a paralelní řazení rezistorů

Rezistory je možné spojovat (neboli řadit) sériově (za sebou) nebo paralelně (vedle sebe).

Paralelní řazení rezistorů

Při paralelním řazení je na všech rezistorech stejné napětí a proud se dělí podle Ohmova zákona. Celkový odpor Rc je dán součtem vodivosti tedy převrácených hodnot jednotlivých odporů (1/R).
Paralelní řazení rezistorů
\frac{1}{R_\mathrm{c}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \cdots + \frac{1}{R_n}

Jako symbol paralelního spojení rezistorů se používají dvě čárky "||". Pro dva rezistory spojené paralelně lze použít zjednodušený vztah:
R_\mathrm{c} = R_1 \| R_2 = {R_1 R_2 \over R_1 + R_2}


Sériové řazení rezistorů

Při sériovém řazení teče všemi rezistory stejný proud a napětí se rozloží na každý rezistor podle Ohmova zákona. Celkový odpor Rc je tady dán součtem jednotlivých odporů.
Sériové spojení rezistorů
R_\mathrm{c} = R_1 + R_2 + \cdots + R_n

Sériově-paralelní spojení rezistorů

Pro výpočet kombinace sériového a paralelního řazení použijeme oba předchozí vztahy. Například celkový odpor Rc tohoto zapojení je dán:
Sériově-paralelní spojení rezistorů
R_\mathrm{c} = \left( R_1 \| R_2 \right) + R_3 = {R_1 R_2 \over R_1 + R_2} + R_3

Potenciometr

5. listopadu 2008 v 16:34 | Martin Smolák |  elektrotechnika

Potenciometr



klasický otočný potenciometr
posuvné potenciometry
sada odporových trimrů
Potenciometr je elektrotechnická součástka, která slouží jako regulovatelný odporový napěťový dělič. Používá se k přímému řízení elektronických zařízení (například audio a video technika), někdy též jako snímač.
Nejjednodušší potenciometr se skládá z odporové dráhy, po níž se ovládacím prvkem pohybuje jezdec. Pokud je tento jezdec na otáčivé ose, mluvíme o otočném potenciometru, pokud je jezdec posuvný lineárně, mluvíme o tahovém potenciometru.
Odporová vrstva je obvykle realizována vrstvou uhlíku, ale používají se i potenciometry s kovovou vrstvou, odporovým drátem nebo vodivým plastem. Odporová hmota bývá nanesena na vhodné podložce (plast, tvrzený papír, pro vysoké nároky keramika), také může být tvořena hmotou, vlisovanou do drážky v podložce nebo výliskem z odporového materiálu. V případě drátových potenciometrů bývá drát navinut na těleso vhodného tvaru (tyč, trubka, pruh izolantu) ať už přímého tvaru, nebo svinutého do části kruhu či spirály.
Jezdec bývá tvořen jedním nebo více kovovými perky, výliskem z elektrografitu, vodivého plastu apod.
Podle oblasti upotřebení může mít odporová dráha různé provedení. Existují lineární potenciometry, u nichž má odporová dráha po celé délce lineární přírůstek odporu. Pokud je potenciometr používán pro regulaci zvuku, mívá odpor dráhy logaritmický průběh, aby byla regulace přizpůsobena subjektivní citlivosti sluchu. Těmto potenciometrům se říká logaritmické potenciometry. Vyrábějí se i další průběhy drah pro různé charakteristiky ovládání, např. exponenciální, logaritmické s různým rozsahem regulace, s potlačenou částí dráhy (kolem středu nebo počátků) apod.[1][2][3] Pro některé účely bývají vyvedeny kromě konců odporové dráhy i některé její další body, např. střed (potenciometry pro některé ekvalizéry), různé úseky (čtvrtina, třetina apod.) pro fyziologickou regulaci hlasitosti aj. U různých výrobců se používají různé systémy značení průběhu drah, obvykle písmenem nebo skupinou číslic a písmene. Systém značení není jednotný a může v některých případech vést snadno k záměně průběhu, v některých případech jsou stejná písmena použita pro odlišné průběhy drah, nebo jsou shodné průběhy u různých výrobců označeny různým kódem.
Ve stereofonní technice, kde jsou regulovány naráz oba kanály zároveň, se používají tandemové potenciometry. Jedná se o dva stejné potenciometry se společným ovládáním. Pro vícekanálové zařízení a hlavně speciální účely se vyrábějí i s více než dvěma drahami ovládanými zároveň.
Pro různé účely se vyrábějí dvojité potenciometry. Terminologie není u všech výrobců stejná, bylo by lépe tuto skupinu označit jako sdružené. Mají více odporových drah, ovládaných např. 2 nebo 3 koncentricky umístěnými hřídeli, nebo jedním hřídelem s možností ovládání drah jednotlivě (popř. po skupinách) při povytažení hřídele nebo zatlačení. Toho se používalo u miniaturizované audiotechniky, zvláště u autorádií, kde jedním potenciometrem se 2 soustřednými hřídelemi bylo možné ovládat např. 4 funkce.
Potenciometr může být vybaven i spínačem nebo přepínačem - u otočných vybaveno v krajní poloze nebo ovládáno tahem či tlakem na hřídel - velmi oblíbené u radiopřijímačů v 40-70 letech minulého století), nebo tlačítkem. U tahových se pro zvláštní účely podobné spínače taky vyskytují, např. v jedné krajní poloze (tzv. funkce "on fader start"), nebo v prostřední poloze (indikace polohy - při nule uprostřed). Tyto spínače mohou být tvořeny segmentem odporové dráhy a jezdcem, nebo montáží mikrospínačů či optických závor.
Podle účelu použití se potenciometry vyrábějí v různých mechanických provedeních a kvalitě. U tahových (posuvných) existují různé délky provedení, různé jakostní třídy, různé provedení vlastních těles dle toho, jak to který výrobce vyrábí. Obdobné rozdíly jsou u otočných potenciometrů, liší se tvarem a rozměry tělesa, provedením hřídelů, možným úhlem natočení (obvykle kolem 270-300 st.), životností a mnoha dalšími vlastnostmi. Nejobvyklejší typy potenciometrů bývají u různých výrobců mechanicky shodné nebo velmi podobné, což umožňuje jejich záměny v zařízeních.
Pro účely snímání polohy a úhlu (např. v automatizační technice) se vyrábějí potenciometry a potenciometrické snímače v provedeních, přizpůsobených daným účelům. Mívají jakostnější ložiska hřídelů, často podstatně vyšší životnost, odolnost proti opotřebení, nepříznivému prostředí (prach, vlhko, střídání teplot, chemické vlivy apod.) a konstrukční spolehlivost. Pro některé účely mohou být vybaveny několika odporovými drahami a jezdci, aby byla vyloučena chyba při poruše jedné části, nebo aby byla definována jednoznačně poloha hřídele.
Pro velmi přesná nastavování hodnot se vyrábějí tzv. spirálové víceotáčkové potenciometry, často v ČR známé pod označením Aripot (výrobcem těchto potenciometrů byla Aritma - pod označením Aripot ovšem existovaly i jiné potenciometry, nejen víceotáčkové). U těch je pro přemístění jezdce z jedné krajní polohy do druhé obvykle 10 otáček hřídele. Tyto potenciometry se často vybavují speciálními stupnicemi, na kterých je zřetelné, jaká hodnota je nastavena (stupnice kromě dělení dílků po obvodu obsahuje jednoduchý mechanismus počítání otáček). Víceotáčkové potenciometry mohou být i odlišného provedení než spirálové, např. obdoba tahového provedení, kde je jezdec posouván závitem na otáčejícím se hřídeli.
Od funkčně podobného odporového trimru se potenciometr liší tím, že je určen k častému ovládání uživateli a jeho ovládání je vyvedeno ven. Trimr je obvykle určen k nastavení parametrů, které uživatel nemění, proto je jej možno nastavit pouze po rozebrání přístroje.

Polovodičová dioda

5. listopadu 2008 v 16:34 | Martin Smolák |  elektrotechnika

Polovodičová dioda

Polovodičové diody
Polovodičová dioda je elektrotechnická součástka, jejímž úkolem v elektrickém obvodu je propouštět elektrický proud jedním směrem.
//<![CDATA[ if (window.showTocToggle) { var tocShowText = "zobrazit"; var tocHideText = "skrýt"; showTocToggle(); } //]]>


Stavba polovodičové diody

Polovodičová dioda se skládá ze dvou příměsových polovodičů - jeden polovodič je typu N (katoda) a druhý polovodič je typu P (anoda). Na rozhraní polovodičů vznikne přechod P-N (hradlová vrstva), který v ideálním případě propouští proud pouze jedním směrem.
Základem diody bývá křemíková nebo germaniová destička, obohacená z jedné strany o prvek s pěti valenčními elektrony (fosfor, arsen), z druhé strany o prvek s třemi valenčními elektrony (bor, hliník, gallium, indium). Vzájemným silovým působením mezi částicemi se na přechodu P-N vytvoří vnitřní elektrické pole.

Druhy polovodičových diod

Kromě základního druhu polovodičové diody existují diody se speciálním chováním přechodu P-N:
  • Fotodioda - dopadající světelné nebo jiné záření způsobí v oblasti přechodu P-N vytvoření dvojice elektron - kladná díra, a tím podle způsobu zapojení dojde ke zvýšení vodivosti nebo ke zvýšení napětí na přechodu P-N
  • LED - rekombinace v oblasti přechodu P-N způsobují vydávání světelného záření
  • Varikap - změnou napětí na diodě v závěrném směru se mění její kapacita, varikap je vyroben tak, aby tato změna byla co nejvýraznější
  • Zenerova dioda - má nízké napětí při kterém v závěrném směru dochází k nedestruktivnímu průrazu, a dá se tak ve vhodném zapojení využít ke stabilizaci napětí
  • Tunelová dioda - její voltampérová charakteristika obsahuje oblast záporného diferenciálního odporu
Dále se diody dělí podle schopnosti snést různou zátěž nebo podle frekvence střídavého proudu (vysoko- a nízkofrekvenční diody), pro který se určeny.

Parametry polovodičové diody

  • Prahové napětí - elektrické napětí, při kterém dojde ke zrušení hradlové vrstvy
  • Průrazné napětí - elektrické napětí, které způsobí při zapojení v závěrném směru zničení přechodu P-N a průchod proudu diodou
  • VA charakteristika - závislost proudu protékajícího diodou na napětí mezi vývody
  • Maximální zatížení - největší možný výkon elektrického proudu nepoškozující diodu
  • Maximální proud - největší proud, který může procházet diodou
  • Teplotní rozmezí - rozmezí teplot, při kterých může dioda pracovat


Polovodičová dioda v elektrickém obvodu

Značka polovodičové diody


Propustný směr

Při zapojení kladného pólu zdroje k anodě (typ P) a záporného pólu zdroje ke katodě (typ N) se přechod P-N v diodě, bránící průchodu částic, zmenší nebo úplně zruší. Diodou protéká elektrický proud, elektrický odpor diody může být velmi nízký.
Soubor:PropustnySmer.jpg


Závěrný směr

Při zapojení kladného pólu zdroje ke katodě (typ N) a záporného pólu k anodě(typ P) se přechod P-N v diodě rozšíří, elektrický odpor diody se zvětší. Elektrický proud v ideálním případě neprochází. Ve skutečnosti diodou prochází proud způsobený minoritními nosiči nábojů, tento proud je však velmi malý.
Soubor:ZavernySmer.jpg

Dioda ve střídavém obvodu

Zapojením diody do obvodu střídavého proudu dojde k jednocestnému usměrnění střídavého proudu. Proud může diodou procházet pouze v jednom směru, tzn. pouze v jedné polovině periody. Takový proud se nazývá tepavý.
Soubor:TepavyProud.jpg

Grätzovo zapojení

K dvojcestnému usměrnění střídavého proudu se používají čtyři diody zapojené podle schématu:
Soubor:GraetzovoZapojeni.svg
Střídavý proud prochází v jedné polovině periody první dvojicí diod (1 a 2), v druhé polovině periody druhou dvojicí diod (3 a 4), přičemž směr proudu vystupujícího z můstku je stále stejný. Velikost proudu se na výstupu mění.
Soubor:UsmernenyProud.jpg

Použití polovodičové diody

  • Usměrňovací dioda - usměrnění střídavého proudu (samostatně nebo jako součást usměrňovače)
  • Stabilizační (Zenerova) dioda - vyrovnávání průběhu proudu ve stabilizačních obvodech
  • LED dioda - signalizace průchodu proudu (s nízkým nárokem na spotřebu) nebo zdroj světla např. v optických myších
  • Fotodioda - součást fotobuněk, polovodičových detektorů záření nebo slunečních článků

Obrazovka

5. listopadu 2008 v 16:32 | Martin Smolák

Obrazovka


Všechny obrazovky typu CRT (cathoda ray tube) mají bez ohledu na konktrétní provedení a použití několik zcela shodných konstrukčních dílů. Obrazovku nutné chápat jako druh elektronky speciálního určení. Je to skleněná baňka, vakuovaná (není plněna žádným plynem).Ve štíhlé části zvané hrdlo je uložen systém elektrod obrazovky, na konci hrdla je patice k napojení na elektroniku přístroje. Čelní stěna obrazovky, kulatá nebo obdélná, je zevnitř pokryta luminiscenční vrstvou, která tvoří stínítko. Na luminofor je směrován elektronový paprsek, jehož zdrojem je elektronová tryska. Vnitřní strana kuželovité části baňky je pokryta vodivým povlakem, dříve výhradně grafitovým nověji kysličníkem železa, spojeným elektricky s poslední urychlovací anodou elektronové trysky. Principiální uspořádání CRT obrazovky je na obrázku.
Podobně jako u všech vakuových elektronek uzavírá se obrazovkou tok elektronů, který vystupuje ze žhavé katody. Mřížka a soustava anod zajišťuje usměrnění elektronů do úzkého svazku. Tato soustava se nazývá elektronovou tryskou. Po výstupu z trysky prochází proud elektronů vychylovacím zařízením, které usměrní proud elektronů do požadovaného místa na stínítku. Elektrony jsou po opuštění trysky urychlovány vysokým kladným napětím řádu kV, a vysokou rychlostí dopadají na stínítko, kde způsobí sekundární emisi, jež se projeví rozsvícením bodu. Elektrony sekundární emise jsou přitahovány sběrnou grafitovou anodou. Kdyby nebyly tyto elektrony odsávány, dopadly by zpět na stínítko, nabily by ho záporně a znemožnily by dopad elektronového svazku na luminofor a tím i vzniku stopy. Odsáváním sekundárně emitovaných elektronů se po krátké době nabije povrch stínítka na plné anodové napětí, a na něm se sekundární emisí automaticky stabilizuje.
V elektronové trysce jsou elektrony emitované žhavou katodou jsou odpuzovány Wehneltovým válcem se záporným potenciálem, který působí jako řídící mřížka. Tak se elektrony soustředí do úzkého osového svazku, jenž prochází dalšími válci s kladným potenciálem, které urychlují elektrony a dále zdokonalují fokusaci od mřížky. Řídící mřížka má ještě jednu funkci. Změnou napětí na této elektrodě, které bývá mezi -10 až +10 V (proti žhavé katodě), lze měnit množství elektronů ve svazku dopadajícím na stínítko a tím nastavovat jas fluorescence.
Podle účelu obrazovky je volena i doba dosvitu a barva luminoforu. Nejkratší dobu dosvitu, řádově v desítkách mikrosekund s bílou barvu luminoforu mají černobílé televizní obrazovky. Osciloskopické obrazovky mají zpravidla barvu stopy zelenožlutou s dobou dosvitu 25 a 50 milisekund. Velmi dlouhou dobu dosvitu mají obrazovky radiolokátorů; od několika sekund až do 190 sekund (oranžové).
Obrazovky se rozlišují dle soustavy, která zajišťuje nasměrování paprsku elektronů do požadovaného místa na stínítku.

Obrazovka s vychylováním paprsku elektrostatickým polem

Obrazovka s vychylováním paprsku elektromagnetickým polem

K vychylování elektronového paprsku jsou využívány čtyři cívky navinuty na obrazovce (2 vertikální, 2 horizontální). Průchodem proudu cívkou se vytváří elektromagnetické pole, které způsobí vychýlení paprsku v horizontálním nebo vertikálním směru. WOW


Memristor

5. listopadu 2008 v 16:31 | Martin Smolák |  elektrotechnika

Memristor



Schématická značka memristoru
Memristor je zkratka pro "memory resistor".
Bývá označován jako další ze základních prvků (cívka, kondenzátor, rezistor) elektronického obvodu - nelze jej nahradit žádnou kombinací těchto prvků.
V devadesátých letech objevili vědci z HP labs několik materiálů, které se chovaly tak, aby z nich mohl být sestrojen dosud hypotetický memristor Leona Chuai.
Memristor má velký potenciál využití v počítačové technice. Například současné počítače musí při zapnutí bootovat z pevného disku, protože data jsou ihned po vypnutí vymazána z operační paměti. Proces bootování je nejen časově, ale i energeticky náročný. Memristor by mohl být využit pro mnohem rychlejší zavádění dat, neboť si data ve své paměti uchovává i po přerušení napájení. Nebylo by již nutné tak pomalu a energeticky náročně bootovat data z pevného disku.
30. dubna 2008 byl publikován matematický a fyzický příklad memristoru ve vědeckém časopise Nature.

Magnetron

5. listopadu 2008 v 16:31 | Martin Smolák |  elektrotechnika

Magnetron



Fotografie magnetronu.
Magnetron je generátor mikrovlnného záření, konstruovaný s důrazem na výkon a účinnost. V mikrovlnné troubě je to energetický zdroj, pomocí něhož jsou generovány elektromagnetické vlny, zahřívající potraviny. Od druhé světové války je magnetron používán u některých druhů radarů.
//<![CDATA[ if (window.showTocToggle) { var tocShowText = "zobrazit"; var tocHideText = "skrýt"; showTocToggle(); } //]]>

Konstrukce a princip

Základ magnetronu tvoří velmi silný permanentní magnet ve tvaru prstence. Tímto magnetickým prstencem je obklopena vakuová trubice s resonančními komorami, uvnitř které je z jedné strany žhavicí katoda a z druhé vlnovod, který přenáší mikrovlnné záření do požadovaného směru.
Hlavní části magnetronu tvoří:
  • Silný prstencový permanentní magnet.
  • Vakuová trubice s elektrodou (katoda).
  • Keramická zátka, oddělující vlnovod a vakuum.
  • Anodový blok (anoda).
  • Vlnovod.
  • Chlazení (vzduchem/kapalinou).
  • Kondenzátor.
Schématické zapojení magnetronu.
Na katodu je přiváděno žhavicí napětí řádově několik voltů (3V), zatímco na anodu magnetronu napětí v řádu kilovoltů (3200 V). Dalšími důležitými součástkami, bez kterých by magnetron nebyl schopen funkce, jsou vysokonapěťová dioda, vysokonapěťový transformátor a vysokonapěťový kondenzátor.
Žhavicí katoda emituje elektrony, které jsou přitahovány směrem k anodě, ale silné magnetické pole mění jejich dráhu na kruhovou. Proud elektronů indukuje v resonačních komorách vysokofrekvenční kmity, které jsou odváděny vlnovodem.
Magnetron dosahuje poměrně velké účinnosti (kolem 65%), frekvence generovaných kmitů však není příliš přesná. Pro generování vysokofrekvenčních kmitů s přesnou frekvencí se používá klystron, jehož účinnost je však asi poloviční.

Historie

Oscilace magnetronu jako první pozoroval a popsal již ve 20. letech Augustin Žáček, profesor Univerzity Karlovy, první jednoduché dvoupólové magnetrony však byly vyrobeny Albertem Hullem ve firmě General Electric roku 1920. Vývoji pomohli Britové v druhé světové válce díky vynálezu radaru. V roce 1940 se Johnu Randallovi a dr. Harry Bootovi z Birminghamské University podařilo sestrojit pracující prototyp s kapalinovým chlazením a silnější kavitací. V běžném životě nachází magnatron uplatnění jako zdroj energie v mikrovlnné troubě.

Škodlivé účinky mikrovln

Zdravotní rizika

POZOR: Mikrovlnné záření !
Jelikož je magnetron součástka generující neviditelné záření, měla by přítomnost tohota záření oznamovat výstražná tabulka. Mikrovlnné záření je zákeřné hlavně v tom, že jeho účinky nejsou hmatatelné. Pokud je živá tkáň vystavena jejich účinkům, dochází v ní k nadměrnému vývoji tepla v důsledku rozkmitání molekul vody a vzniklý tepelný účinek může poškodit biologickou tkáň.
Jako první zaznamená mikrovlné účinky oko, kdy vystavený jedinec přestává již po chvíli (záleží na síle mikrovlnného pole) vidět v důsledku zahřívání sklivce. Dále dochází k poškození vnitřních orgánů bohatých na vodu, v poslední fázi dochází k popálení kůže a celkové destrukci tkání. Je důležité si uvědomit, že bezpečnou ochranou před mikrovlnným zářením je vrstva vody - vodní bariéra (např: vodopád).

Rušení elektronických zařízení

Silné mikrovlnné záření může ovlivňovat funkci elektronických přístrojů, vlivem velmi silného mikrovlnného záření může dojít i k jejich poškození nebo zničení. Jelikož většina magnetronů, používaných v mikrovlnných troubách, pracuje v bezlicenčním pásmu ISM (Industrial, Scientific and Medical) na frekvenci kolem 2,4 GHz, mohl by při nekontrolovaném vyzařování jejich provoz rušit satelitní přijímače, zařízení WiFi, Bluetooth, bezdrátové telefony a další přístroje, pracující v tomto pásmu.


Lavinová fotodioda

5. listopadu 2008 v 16:30 | Martin Smolák |  elektrotechnika

Lavinová fotodioda



Lavinová fotodioda je velmi citlivý polovodičový fotodetektor. Při použití bývá předpnuta vysokým závěrným napětím řádu desítek až stovek voltů, často těsně pod průrazovým napětím, což umožnuje dosáhnout zisku okolo 100 až 1000. V tomto režimu jsou elektrony a díry excitované dopadem fotonů urychlovány silným vnitřním elektrickým polem a podobně jako ve fotonásobičích generují další nosiče, vzniká lavinový jev.
Používá se v aplikacích, kde je třeba velké citlivosti, například v optických komunikacích na dlouhé vzdálenosti, pro optické měření vzdáleností, či také v positronové emisní tomografii a fyzice částic.
//<![CDATA[ if (window.showTocToggle) { var tocShowText = "zobrazit"; var tocHideText = "skrýt"; showTocToggle(); } //]]>

Struktura a funkce

Lavinová fotodioda sestává ze čtyř vrstev: N+, P, čistého polovodiče a P+. Okolo vrstev N+ a P, mezi nimiž vniká lavinový jev, se nachází ochranný prstenec z polovodiče typu N, který zvyšuje odolnost diody proti povrchovému napěťovému průrazu. Viz obrázek např. [3].
Dopadající světlo způsobí vznik páru elektron-díra, který je silným elektrickým polem transportován do "lavinové oblasti", zde je urychlen na takovou rychlost, že kolize s krystalovou mřížkou způsobí vznik dalšího páru elektron-díra. Nový pár je rovněž urychlen silným elektrickým polem a postupně jakoby v řetězové reakci vznikají další a další nové páry elektron-díra, čímž dochází k lavinovému efektu. Takto může jediný foton vyvolat ionzaci krystalové mřížky vedoucí k lavinovému jevu (jednofotonová lavinová dioda).

Materiály

  • Křemík - používá se pro vlnové délky ~ 190nm - 1100nm, pokrývá tedy oblast viditelného světla. Vynikají oproti ostaním materiálům nízkým šumem. Typické hodnoty: ionizační poměr k ~ 0.002 - 0.6, zisk M ~ 100 - 500.
  • Germanium - použití v infračervené oblasti ~ 800nm - 1700nm, mají vysokou hodnotu šumu. Typické hodnoty: k ~ 0.9, M ~ 10.
  • IndiumGaliumArsenid - použití pro vlnové délky ~ 900nm - 2200nm, mají nižší šum než Germaniové. Typické hodnoty: k ~ 0.45, M ~ 10.
  • GaliumNitrid - použití pro ultrafialové vlnové délky.
  • HgCdTe - použití pro vlnové délky ~ 3µm - 14µm, nutné chlazení kvůli snížení "temného proudu".

Parametry

  • Materiál - určuje pro jaké aplikace je dioda vhodná, zejména v závislosti na vlnové délce dopadajícího světla viz výše.
  • Velikost diody - určuje velikost oblasti, na kterou světlo působí. Obecně platí čím je dioda větší, tím je dražší, takže se často vyplatí použití malé diody společně s optickou soustavou, která světlo z větší oblasti zaostří na menší oblast fotodiody.
  • Šířka pásma - je důležité zvolit správně šířku potřebného pásma, odpovídající příslušné aplikaci; je-li zvoleno zbytečně široké pásmo, zhoršuje se poměr signál-šum.
  • "Temný" proud

    Lavinová fotodioda

    Z Wikipedie, otevřené encyklopedie

    Skočit na: Navigace, Hledání
    Lavinová fotodioda je velmi citlivý polovodičový fotodetektor. Při použití bývá předpnuta vysokým závěrným napětím řádu desítek až stovek voltů, často těsně pod průrazovým napětím, což umožnuje dosáhnout zisku okolo 100 až 1000. V tomto režimu jsou elektrony a díry excitované dopadem fotonů urychlovány silným vnitřním elektrickým polem a podobně jako ve fotonásobičích generují další nosiče, vzniká lavinový jev.
    Používá se v aplikacích, kde je třeba velké citlivosti, například v optických komunikacích na dlouhé vzdálenosti, pro optické měření vzdáleností, či také v positronové emisní tomografii a fyzice částic.
    //<![CDATA[ if (window.showTocToggle) { var tocShowText = "zobrazit"; var tocHideText = "skrýt"; showTocToggle(); } //]]>

    Struktura a funkce

    Lavinová fotodioda sestává ze čtyř vrstev: N+, P, čistého polovodiče a P+. Okolo vrstev N+ a P, mezi nimiž vniká lavinový jev, se nachází ochranný prstenec z polovodiče typu N, který zvyšuje odolnost diody proti povrchovému napěťovému průrazu. Viz obrázek např. [3].
    Dopadající světlo způsobí vznik páru elektron-díra, který je silným elektrickým polem transportován do "lavinové oblasti", zde je urychlen na takovou rychlost, že kolize s krystalovou mřížkou způsobí vznik dalšího páru elektron-díra. Nový pár je rovněž urychlen silným elektrickým polem a postupně jakoby v řetězové reakci vznikají další a další nové páry elektron-díra, čímž dochází k lavinovému efektu. Takto může jediný foton vyvolat ionzaci krystalové mřížky vedoucí k lavinovému jevu (jednofotonová lavinová dioda).

    Materiály

    • Křemík - používá se pro vlnové délky ~ 190nm - 1100nm, pokrývá tedy oblast viditelného světla. Vynikají oproti ostaním materiálům nízkým šumem. Typické hodnoty: ionizační poměr k ~ 0.002 - 0.6, zisk M ~ 100 - 500.
    • Germanium - použití v infračervené oblasti ~ 800nm - 1700nm, mají vysokou hodnotu šumu. Typické hodnoty: k ~ 0.9, M ~ 10.
    • IndiumGaliumArsenid - použití pro vlnové délky ~ 900nm - 2200nm, mají nižší šum než Germaniové. Typické hodnoty: k ~ 0.45, M ~ 10.
    • GaliumNitrid - použití pro ultrafialové vlnové délky.
    • HgCdTe - použití pro vlnové délky ~ 3µm - 14µm, nutné chlazení kvůli snížení "temného proudu".

    Parametry

    • Materiál - určuje pro jaké aplikace je dioda vhodná, zejména v závislosti na vlnové délce dopadajícího světla viz výše.
    • Velikost diody - určuje velikost oblasti, na kterou světlo působí. Obecně platí čím je dioda větší, tím je dražší, takže se často vyplatí použití malé diody společně s optickou soustavou, která světlo z větší oblasti zaostří na menší oblast fotodiody.
    • Šířka pásma - je důležité zvolit správně šířku potřebného pásma, odpovídající příslušné aplikaci; je-li zvoleno zbytečně široké pásmo, zhoršuje se poměr signál-šum.
    • "Temný" proud (dark current) je proud, který prochází fotodiodou, na niž nedopadá žádné světlo. Roste s předepínajícím napětím a ziskem diody.
    • Zisk - obecně roste s předepínajícím napětím, ovšem po překročení určité hranice, dochází k nežádoucímu jevu, kdy fotoproud není úměrný dopadajícímu světlu. Zisk je také závislý na teplotě. S rostoucí teplotou klesá, neboť krystalová mřížka kmitá silněji a dochází ke kolizi elektronů s mřížkou dříve, než dosáhnou rychlosti nutné k ionizaci mřížky.

    Výhody a nevýhody

    Hlavní výhodou lavinových fotodiod je velmi velká citlivost, nevýhodou je potom nutnost použití vysokého napětí (v některých případech přesahujícího 1500V), také vytváří více šumu než běžná fotodioda a výstup vlivem lavinového jevu není lineární.


    Geigerův režim

    Geigerova řežimu se využívá pokud je třeba extrémně vysokých zisků ~ 105 - 106. V tomto režimu se používá napětí těsně nad hranicí průrazového napětí, kde jediný pár elektron-díra způsobí silnou lavinu. Jakmile toto nastane je třeba vnější elektronikou snížit napětí pod průrazové napětí diody, aby se dostala do původního stavu, ve kterém je schopna detekovat další fotony. Tento režim se používá pro čítání jednotlivých fotonů.
    (dark current) je proud, který prochází fotodiodou, na niž nedopadá žádné světlo. Roste s předepínajícím napětím a ziskem diody.
  • Zisk - obecně roste s předepínajícím napětím, ovšem po překročení určité hranice, dochází k nežádoucímu jevu, kdy fotoproud není úměrný dopadajícímu světlu. Zisk je také závislý na teplotě. S rostoucí teplotou klesá, neboť krystalová mřížka kmitá silněji a dochází ke kolizi elektronů s mřížkou dříve, než dosáhnou rychlosti nutné k ionizaci mřížky.

Výhody a nevýhody

Hlavní výhodou lavinových fotodiod je velmi velká citlivost, nevýhodou je potom nutnost použití vysokého napětí (v některých případech přesahujícího 1500V), také vytváří více šumu než běžná fotodioda a výstup vlivem lavinového jevu není lineární.

Geigerův režim

Geigerova řežimu se využívá pokud je třeba extrémně vysokých zisků ~ 105 - 106. V tomto režimu se používá napětí těsně nad hranicí průrazového napětí, kde jediný pár elektron-díra způsobí silnou lavinu. Jakmile toto nastane je třeba vnější elektronikou snížit napětí pod průrazové napětí diody, aby se dostala do původního stavu, ve kterém je schopna detekovat další fotony. Tento režim se používá pro čítání jednotlivých fotonů.

Krystal (elektronika)

5. listopadu 2008 v 16:29 | Martin Smolák |  elektrotechnika

Krystal (elektronika)


Krystaly pro různé kmitočty
Krystal je pasivní elektronická součástka používaná v elektronických obvodech jako rezonátor s velmi přesnou a stabilní rezonanční frekvencí. Používá se jako frekvenční filtr v rádiových přijímačích, v přesných oscilátorech například ve vysílačích, v elektronických hodinách a hodinkách, pro taktování procesorů v počítačích a dalších zařízeních spotřební elektroniky.

//<![CDATA[ if (window.showTocToggle) { var tocShowText = "zobrazit"; var tocHideText = "skrýt"; showTocToggle(); } //]]>


Princip činnosti

Krystalový výbrus pro ohybové kmity a krystal po otevření pouzdra
Některé krystalické látky vykazují piezoelektrický jev. Ten se projevuje tak, že při mechanickém namáhání krystalu ve správném směru se na něm (zpravidla v kolmém směru) objeví elektrické napětí a naopak po přiložení elektrického napětí se krystal mechanicky deformuje.
Jestliže z takové látky vyrobíme tenkou destičku, opatříme ji elektrodami a na ně přiložíme střídavé napětí, destička se rozkmitá. Kmity destičky budou nejsilnější, pokud najdeme kmitočet na kterém destička mechanicky rezonuje. Mechanická rezonance destičky se promítá i do elektrických parametrů součástky, takže z pohledu obvodu, ve kterém je zapojen, se krystal chová jako velmi kvalitní elektrický rezonanční obvod.

Náhradní schéma

Náhradní schéma krystalového rezonátoru.
Krystalový výbrus má několik rezonančních kmitočtů. Jednotlivým z nich odpovídají sériové rezonanční obvody C1, L1, R1 až Cn, Ln, Rn. Kapacita C0 odpovídá kapacitě mezi elektrodami na výbrusu a její velikost je typicky kolem 10 pF.
Pokud uvažujeme jeden konkrétní rezonanční kmitočet krystalu, můžeme schéma zjednodušit pouze na C0 a jeden rezonanční obvod C1, L1, R1.
Hodnoty součástek C1, L1, R1 se pohybují v širokém rozmezí, podle typu výbrusu a zvoleného rezonančního kmitočtu.
Každá rezonance krystalu má svůj sériový ωs a paralelní ωp úhlový kmitočet, (tzv. rezonanci a antirezonanci). Vypočítají se podle vztahů:
\omega_s = \frac{1}{\sqrt{LC}}
a
\omega_p = \sqrt{\frac{1}{\sqrt{LC}}\left( 1 + \frac{C}{C_0}\right)}
Krystal křemene (klencová krystalická soustava) s naznačeným jedním typem výbrusu.
Protože kapacita C0 je výrazně větší než C1, leží oba rezonanční kmitočty těsně vedle sebe. V oblasti mezi rezonancemi krystal pro obvod představuje na kmitočtu závislou indukčnost, mimo tuto oblast pak na kmitočtu závislou kapacitu.
Krystalové rezonátory se vyrábějí téměř výlučně z krystalu křemene SiO2, protože dosahuje vynikajících elektrických parametrů a dlouhodobé časové i teplotní stability rezonančního kmitočtu. Frekvence kmitání křemenného krystalu je 32 768 Hz.

Technologie výroby

Z krystalu křemene se v přesně určených směrech řežou a přesně vybrušují tenké destičky. Směr řezu a rozměry destiček určují typy rezonancí, kterých výbrus může dosáhnout a jejich rezonanční kmitočty.
Na přesný výbrus se pak napaří tenké stříbrné nebo zlaté elektrody jejichž tvar je závislý na požadovaném typu rezonance. Na tyto elektrody se vhodným způsobem nakontaktují vývody a krystal se uzavře do kovového pouzdra.
Krystaly se speciálními požadavky na stabilitu bývají uzavřeny do speciálního evakuovaného pouzdra nebo se umisťují do termostatu, aby kmitočet nebyl závislý na teplotě.

Přesné doladění krystalu

Typy kmitů krystalových výbrusů
Ačkoliv se krystal vyrábějí s širokém sortimentu hodnot a s vysokou přesností, může v případě některých malosériových nebo kusových konstrukcí vzniknout potřeba změnit jejich parametry. V malém rozsahu se k tomu používá technika jódování, spočívající ve snížení rezonanční frekvence systému krystal-elektroda-vývod difúzí jódových par do stříbrného polepu. Opačný postup, spočívající ve zvýšení rezonanční frekvence škrábáním stříbrné metalizace se již nepoužívá, neboť hrozí poškození krystalu a pronikavé snížení Q takto upraveného krystalu.
K doladění celého obvodu se používá také paralelní kondenzátor s proměnnou kapacitou (trimr).