Az elektronika passzív alkatrészei

Az előadások a következő témára: "Az elektronika passzív alkatrészei"— Előadás másolata:

1 Az elektronika passzív alkatrészei

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

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

4 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)

5 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

6 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)

7 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

8 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

9 Rétegellenállások

10 Ellenállások jellemző paraméterei
Ellenállás értéke Toleranciája Terhelhetősége Hőfokfüggése

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

12 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

13 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!

14 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

15 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

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

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

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

19 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)

20 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

21 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

22 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

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

24 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

25 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

26 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

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

28 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

29 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

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

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

32 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