Az elektronika passzív alkatrészei

Előadás tartalma Passzív és elektromos ellenállások fajtái, tulajdonságaik Kondenzátorok fajtái, tulajdonságaik Tekercsek fajtái, tulajdonságaik

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

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

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

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

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

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

Rétegellenállások

Ellenállások jellemző paraméterei Ellenállás értéke Toleranciája Terhelhetősége Hőfokfüggése

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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