Microsoft Word - Technik_elektryk_311[08]_O1.07

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPIS TREŚCI

1. Wprowadzenie

2. Wymagania wstępne 4
3. Cele kształcenia 5
4. Materiał nauczania

4.1. Elementy bierne

4.1.1. Materiał nauczania
4.1.2. Pytania sprawdzające
4.1.3. Ćwiczenia
4.1.4. Sprawdzian postępów

11
11
14

4.2. Diody prostownicze i stabilizacyjne

4.2.1. Materiał nauczania
4.2.2. Pytania sprawdzające
4.2.3. Ćwiczenia
4.2.4. Sprawdzian postępów

15
20
20
22

4.3. Tranzystory i tyrystory

4.3.1. Materiał nauczania
4.3.2. Pytania sprawdzające
4.3.3. Ćwiczenia
4.3.4. Sprawdzian postępów

22
26
27
28

4.4. Elementy optoelektroniczne

4.4.1. Materiał nauczania
4.4.2. Pytania sprawdzające
4.4.3. Ćwiczenia
4.4.4. Sprawdzian postępów

29
34
34
36

4.5. Zasady montażu i demontażu elementów

4.5.1. Materiał nauczania
4.5.2. Pytania sprawdzające
4.5.3. Ćwiczenia
4.5.4. Sprawdzian postępów

37
42
42
44

5. Sprawdzian osiągnięć 45
6. Literatura

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji jednostki modułowej powinieneś umieć:

− rozpoznawać elementy elektroniczne na podstawie wyglądu zewnętrznego, oznaczeń na

nich stosowanych oraz na schematach,

− rozróżniać funkcje różnych elementów w układach elektronicznych,

− scharakteryzować podstawowe parametry elementów elektronicznych biernych

i czynnych,

− określić zastosowanie różnych elementów elektronicznych,

− połączyć elementy elektroniczne na podstawie schematów ideowych i montażowych,

− zmierzyć parametry podstawowych elementów elektronicznych,
− ocenić stan techniczny elementów elektronicznych na podstawie oględzin i pomiarów,

− wyznaczyć na podstawie pomiarów charakterystyki prądowo-napięciowe podstawowych

elementów elektronicznych,

− zinterpretować charakterystyki prądowo-napięciowe elementów elektronicznych,
− skorzystać z literatury i kart katalogowych elementów elektronicznych,

− dobrać zamienniki elementów elektronicznych z katalogów,

− zastosować podstawowe prawa i zależności dotyczące obwodów prądu stałego

i zmiennego,

− opracować wyniki pomiarów wykorzystując technikę komputerową,

− zastosować zasady bhp i ochrony ppoż. obowiązujące na stanowisku pracy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1. Elementy bierne

4.1.1. Materiał nauczania

Rodzaje elementów i ich właściwości
1.  Rezystory
2.  Kondensatory
3.  Cewki indukcyjne
4.  Termistory
5.  Warystory
6.  Hallotrony

Rezystory to elementy, których podstawowym parametrem elektrycznym jest rezystancja,
a inne parametry, takie jak pojemność i indukcyjność powinny być jak najmniejsze. Rezystor
jest zbudowany z korpusu, części oporowej i pokrycia zabezpieczającego część oporową
przed uszkodzeniem.

podstawowy symbol rezystora

Rezystory dzielimy ze względu na:
a) cechy funkcjonalne:

− rezystory,

− potencjometry,
− termistory,

− warystory,

− magnetorezystory,

b) charakterystykę prądowo-napięciową:

− liniowe,

− nieliniowe,

c) materiał oporowy:

− oporowe – drut stopowy złożony z miedzi, niklu, cynku, manganu, żelaza jest

nawinięty na ceramiczny wałek lub rurkę,

− węglowe – warstwy oporowe są wykonane z węgla lub z tzw. kompozycji organicznej,

którą jest sproszkowany materiał o dużej rezystywności związany dielektrykiem
organicznym,

− warstwowe – warstwy oporowe są wykonane z węgla lub metalu napylonego lub

naparowanego lub kompozycji organicznych. Do rezystorów warstwowych zalicza się
rezystory objętościowe, w których występuje lity element oporowy przewodzący prąd
całą objętością (wytrzymują duże obciążenia prądowe i mocowe).

Parametry

a) rezystancja znamionowa jest to wartość rezystancji podawana na obudowie elementu,
b) tolerancja jest to dokładność z jaką są wykonane rezystory o danej wartości

rezystancji znamionowej. Są to następujące wartości tolerancji:
na przykład: pm 0,5% E 192, pm 5% E 24, pm 20% E 6,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

c) moc znamionowa jest to największa dopuszczalna moc wydzielona w rezystorze,

której wartość zależy od konstrukcji zastosowanego materiału, a także od sposobu
chłodzenia rezystora.

Kondensator to układ dwóch lub więcej przewodników (okładzin) odizolowanych warstwą
dielektryka gromadzący energię pola elektrycznego.

symbol ogólny kondensatora

Parametry kondensatorów:

a) Cn – pojemność znamionowa określa zdolność do gromadzenia ładunków

elektrycznych,

b) Un – napięcie znamionowe jest to największe dopuszczalne napięcie stałe lub

zmienne, które może być przyłożone do kondensatora,

c) tangens kąta stratności jest to stosunek mocy czynnej wydzielającej się

w kondensatorze do mocy biernej magazynowanej w kondensatorze przy napięciu
sinusoidalnie zmiennym,

d) Iu – prąd upływowy jest to prąd płynący przez kondensator przy doprowadzonym

napięciu stałym,

(C) – jest to temperaturowy współczynnik pojemności określa względną zmianę

pojemności zależną od temperatury,

f) napięcie probiercze. W zależności od typu kondensatora wynosi od 1,4 do 2,5 Un.

Każdy kondensator przez określony czas, zwykle 1 minutę, powinien bez żadnej
szkody wytrzymać napięcie probiercze.

Rodzaje kondensatorów:

− mikowe,
− ceramiczne,

− papierowe,
− z tworzyw sztucznych (organiczne),

− elektrolityczne.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Cewki

symbol ogólny cewki

Wśród cewek indukcyjnych wyróżnia się dwa zasadnicze typy:

a) układ jednej cewki, której parametrem dominującym jest indukcyjność własna L,
b) układ dwóch cewek sprzężonych magnetycznie, których głównym parametrem, oprócz

indukcyjności własnych obydwu cewek (odpowiednio L

i L

) jest indukcyjność

wzajemna.

Cewki dzielimy ze względu na:

a) z jakiego materiału jest wykonany rdzeń:

− cewki indukcyjne bezrdzeniowe (powietrzne) – wówczas magnetoprzewodem dla

strumienia magnetycznego wzbudzonego jest powietrze,

− cewki indukcyjne rdzeniowe o magnetowodzie z materiału ferromagnetycznego

(otwartym lub zamkniętym). Użycie rdzenia ferromagnetycznego powoduje
zwiększenie indukcyjności własnej, a w cewkach sprzężonych magnetycznie –
zwiększenie indukcyjności wzajemnej,

b) ze względu na budowę:

− cylindryczne (solenoidalne),

− płaskie,
− toroidalne,

− o przekroju kołowym,

− o przekroju wieloboku,
− cewki wykonane techniką cienkowarstwową.

W rzeczywistej cewce indukcyjnej, oprócz indukcyjności, uwzględnia się parametry
resztkowe: rezystancję lub konduktancję, uzwojenia (reprezentujące straty w przewodach
doprowadzających, straty w dielektryku) oraz zastępczą pojemność międzyzwojową.

Rys. 4.1.1. Symbol cewki rzeczywistej [1]

Parametrami podstawowymi charakteryzującymi cewkę są:

a) indukcyjność zastępcza – L,
b) dobroć – Q

Dławiki są to cewki z rdzeniem ferromagnetycznym o nieliniowej charakterystyce
magnesowania rdzenia. Jest to element o dużej indukcyjności własnej, którego zadaniem jest
eliminowanie lub tłumienie składowej zmiennej sygnału w obwodzie. Zwykle współpracuje
on z kondensatorami, tworząc filtry dolnoprzepustowe. W zależności od częstotliwości pracy,
wyróżniamy dławiki małej i wielkiej częstotliwości.
Dławiki wykonuje się z cieńszego drutu niż cewki indukcyjne (ich średnica wynosi od
0,05 do 0,1 mm), gdyż ich rezystancja odgrywa drugorzędną rolę.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Termistory są to elementy półprzewodnikowe, bezzłączowe, których rezystancja jest
funkcją temperatury. Ze względu na przebieg charakterystyki rezystancyjno-temperaturowej
R=f(T).

symbol graficzny termistora

Termistory dzielimy na 3 grupy:

a) termistory NTC – Negativ Temperature Coefficent, ujemny współczynnik

temperaturowy,

b) termistory PTC – Positiv Temperature Coefficent, dodatni współczynnik

temperaturowy,

c) termistory CTR – Critical Temperature Resistor, rezystor o temperaturze krytycznej.

Rys. 4.1.2. Charakterystyki rezystancyjno-temperaturowe termistorów [1]

Zastosowania termistorów:

a) do pomiarów:

− temperatury metodą oporową,

− mocy w zakresie mikrofal,
− ciśnienia gazów,

− poziomu cieczy,

b) w układach sygnalizacji, regulacji i stabilizacji temperatury,
c) do kompensacji temperaturowej układów elektronicznych.

Warystory są to rezystory wykonane z półprzewodnika, których rezystancja zależy od
napięcia doprowadzonego do ich zacisków.
WARIable resisTOR.

symbol graficzny warystora

Warystory wytwarza się technologią spiekania mieszaniny sproszkowanych materiałów. Przy
czym w największych ilościach z węglika krzemu SiC, nowsze zaś typy z tlenku cynku ZnO
i bizmutu BiO.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 4.1.3. Charakterystyki prądowo-napięciowa i rezystancyjno-napięciowa warystora [1]

Zastosowania warystorów:

a)  w układach ochrony urządzeń elektrycznych przed przepięciem,
b)  w układach stabilizacji prądów i napięć,
c)  w kształtowaniu przebiegów elektrycznych prądów i napięć.

Hallotron jest elementem półprzewodnikowym wykorzystującym zjawisko Halla. Jest
nazywany również czujnikiem Halla lub generatorem Halla.

symbol graficzny hallotronu

Zasada działania hallotron polega na tym, że przez płytkę półprzewodnika między elektrodą
1 i 2 płynie prąd sterujący Ix. W wyniku działającego na nią prostopadłego pola
magnetycznego o indukcyjności Bz między elektrodą 3 i 4 powstaje napięcie pola.

Rys. 4.1.4. Budowa hallotronu [1]

Zastosowanie hallotronów:

a) w podzespołach biernych do pomiaru natężenia pola magnetycznego,
b) w układach współpracujących z magnesami trwałymi do pomiaru, regulacji

i stabilizacji pola magnetycznego,

c) jako wyłączniki bezkontaktowe.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.1.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na podane pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania
ćwiczeń.
1.  Jakie są rodzaje elementów elektronicznych biernych ?
2.  Jakie są parametry poszczególnych elementów?
3.  Jakie są funkcje poszczególnych elementów w układach elektronicznych?
4.  Jakie przyrządy pomiarowe stosuje się do wyznaczania parametrów elementów

elektronicznych biernych?

5. Jak obliczyć rezystancje, pojemności i indukcyjności elementów biernych?
6. Jaką metodę należy zastosować do wyznaczania parametrów elementu elektronicznego

biernego?

7. Jakie są zasady bezpieczeństwa przy badaniu elementów biernych?

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Zmierz rezystancję danego elementu:

− metodą techniczną,

− metodą mostkową,

− omomierzem.

Sposób

wykonania

ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) połączyć układ pomiarowy według schematu,

Rys. 4.1.5. Schemat układu pomiarowego [1]

2) dobrać przyrządy pomiarowe,
3) dobrać metodę pomiaru rezystancji,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4)  wykonać pomiary rezystancji kilku rezystorów połączonych w różnych konfiguracjach,
5)  obliczyć wartość rezystancji mierzonych,
6)  dokonać pomiaru rezystancji omomierzem,
7)  dokonać pomiaru rezystancji mostkiem,
8)  porównać rezystancje obliczone z zmierzonymi.

Wyposażenie stanowiska pracy:

− zasilacz prądu stałego,

− woltomierz i amperomierz prądu stałego,

− mostek RLC,
− omomierz,

− zestaw rezystorów.

Ćwiczenie 2

Zmierz pojemność kondensatora:

− metodą techniczną,

− metodą mostkową.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) połączyć układ pomiarowy według schematu,

Atr

Rys. 4.1.6. Schemat układu pomiarowego [1]

2)  dobrać przyrządy pomiarowe,
3)  dobrać metodę pomiaru pojemności,
4)  wykonać pomiary pojemności kilku kondensatorów połączonych w różnych

konfiguracjach,

5)  obliczyć wartość pojemności mierzonych,
6)  dokonać pomiaru pojemności mostkiem,
7)  porównać pojemności obliczone ze zmierzonymi.

Wyposażenie stanowiska pracy:

− zasilacz prądu zmiennego,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

− woltomierz i amperomierz prądu zmiennego,

− mostek RLC,

− zestaw kondensatorów.

Ćwiczenie 3

Zmierz indukcyjność:

− metodą techniczną,

−

metodą mostkową.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) połączyć układ pomiarowy według schematu,

30V

Rys. 4.1.7. Schemat układu pomiarowego do pomiaru rezystancji cewki [1]

Rys.4.1.8 Schemat układu pomiarowego do pomiaru impedancji cewki [1]

2)  dobrać przyrządy pomiarowe,
3)  dobrać metodę pomiaru indukcyjności,
4)  wykonać pomiary indukcyjności kilku cewek połączonych w różnych konfiguracjach,
5)  obliczyć wartość indukcyjności mierzonych,
6)  dokonać pomiaru indukcyjności mostkiem,
7)  porównać indukcyjności obliczone ze zmierzonymi.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyposażenie stanowiska pracy:

− zasilacz prądu zmiennego,
− zasilacz prądu stałego,

− woltomierz i amperomierz prądu stałego i zmiennego,

− mostek RLC,
− zestaw cewek.

4.1.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) zdefiniować parametry elementów biernych?

2) obliczyć rezystancje rezystora w różnych konfiguracjach?

3) obliczyć pojemności kondensatorów w różnych konfiguracjach?

4) obliczyć indukcyjności cewek przy różnych połączeniach?

5) zmierzyć parametry elementów biernych?

6) ocenić stan techniczny elementów na podstawie oględzin

i pomiarów?

7) opracować wyniki pomiarów?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2 Diody prostownicze i stabilizacyjne

4.2.1 Materiał nauczania

Rodzaje elementów i ich właściwości
1.  Złącze p-n
2.  Diody prostownicze
3.  Diody stabilizacyjne

Półprzewodniki są materiałami powszechnie stosowanymi do produkcji elementów

i układów elektronicznych. Każdy materiał (ciało stałe) ma pewną wartość rezystywności.
W zależności od jej wartości materiały dzielimy na metale i niemetale (dielektryk,
półprzewodnik), różniące się właściwościami fizykochemicznymi. Różnica pomiędzy
półprzewodnikiem i dielektrykiem jest umowna i dotyczy jedynie szerokości pasma
zabronionego. Półprzewodniki mają pasmo zabronione o szerokości Wg mniejszej bądź
równej 2eV.

Wg – energia
eV – elektronowolt – energia, jaką uzyskuje elektron w wyniku zmiany swojego
potencjału o 1V.

Rys. 4.2.1. Model pasmowy

a) półprzewodnika b)

dielektryka

[8]

Powszechnie stosowanymi materiałami półprzewodnikowymi są: krzem i german

(pierwiastki IV grupy układu okresowego Mendelejewa), arsenek galu, fosforek galu,
arsenofosforek galu (związki pierwiastków). Z modelu pasmowego wynika, że czysty
półprzewodnik w zasadzie nie przewodzi prądu elektrycznego. Barierę dla nośników prądu
stanowi pasmo zabronione.

Półprzewodniki typu n i p

Półprzewodniki zbudowane są z atomów, które tworzą sieć krystaliczną. Atomy w sieci są

związane wiązaniami kowalencyjnymi. Jeżeli atomy tworzące monokryształ półprzewodnika,
pozbawione są defektów w sieci krystalicznej i domieszek, to taki półprzewodnik nazywa się
samoistny. O półprzewodniku niesamoistnym mówimy wówczas, gdy w sieci krystalicznej
monokryształu zamiast atomów pierwiastka materiału półprzewodnikowego znajdzie się inny
atom (na przykład w sieci krystalicznej krzemu znajduje się fosfor). Powstaje wówczas tzw.
półprzewodnik domieszkowany.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 4.2.2. Sieć krystaliczna a) półprzewodnik typu n b) półprzewodnik typu p [8]

Półprzewodnik, w którego węzłach sieci krystalicznej znajdują się atomy V grupy układu
okresowego (fosfor, arsen, antymon, bizmut) nazywa się półprzewodnikami typu n.
Półprzewodnik, w którego węzłach sieci krystalicznej znajdują się atomy III grupy układu
okresowego (bor, aluminium, gal, ind) nazywa się półprzewodnikami typu p.
Wolne elektrony w półprzewodniku typu n mogą być łatwo oderwane od atomu domieszki
i przejść do pasma przewodnictwa (powodując przewodzenie półprzewodnika) podobnie
dzieje się z dziurami w półprzewodniku typu p.

Złącze p-n
Podłączenie dwóch monokryształów ciała stałego (półprzewodnik, metal) w ten sposób, że
tworzą ścisły kontakt nazywamy złączem. Złącza mogą być: metal-półprzewodnik
i półprzewodnik-półprzewodnik, które są wykorzystane w elektronice.

Rys. 4.2.3. Złącze p-n [8]

W momencie zetknięcia się półprzewodnika p z półprzewodnikiem typu n następuje proces
dyfuzji. Elektrony (nośniki z półprzewodnika typu n) będą przechodziły na stronę
półprzewodnika typu p, natomiast dziury (nośniki w półprzewodniku typu p) będą
przechodziły na stronę półprzewodnika typu n. W okolicach złącza powstaje bariera
potencjałów, która uniemożliwi dalszy przepływ nośników. Powstała w ten sposób warstwa
nazywa się warstwą zaporową. Aby złącze mogło przewodzić należy dołączyć do niego
z zewnątrz napięcie polaryzujące. Różnica potencjałów dla złącza wykonywanego z krzemu
wynosi 0,6–0,7V, natomiast z germanu wynosi 0,2-0,3V.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Polaryzacja złącza
1. w kierunku przewodzenia
2. w kierunku zaporowym

Rys. 4.2.4 Polaryzacja złącza a) w kierunku przewodzenia b) w kierunku zaporowym [8]

Złącze spolaryzowane (dołączone napięcie zewnętrzne) w kierunku przewodzenia przewodzi
prąd elektryczny (napięcie zewnętrzne > 0,6V). Złącze spolaryzowane w kierunku
zaporowym nie przewodzi prądu elektrycznego.

Rys. 4.2.5. Charakterystyka złącza p-n [8]

Diody półprzewodnikowe
Diodą półprzewodnikową nazywamy element wykonany z półprzewodnika, zawierające
złacze p-n z dwiema końcówkami wyprowadzeń.
Klasyfikacja diod ze względu na:

a) materiał:

− krzemowe,

− germanowe,
− arsenek galu,

b) konstrukcję:

− ostrzowe,

− warstwowe – stopowe,
− dyfuzyjne – mesa,

− planarne,

− epiplanarne,

c) zastosowanie:

− prostownicze,

− uniwersalne,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

− impulsowe,

− Zenera,
− pojemnościowe: warikapy, waraktory,

− tunelowe,

− detekcyjne,
− mieszające.

Diody prostownicze są przeznaczone do prostowania napięcia bądź prądu przemiennego
o małej częstotliwości. Prostowanie jest to przetwarzanie prądu przemiennego (zmiennego) na
prąd jednokierunkowy.
Dioda prostownicza zaczyna przewodzić dopiero po przekroczeniu pewnej wartości napięcia
w kierunku przewodzenia. Dla diod krzemowych wynosi ono około 0,7V, a dla germanowych
około 0,3V.
Diody prostownicze mają oznaczenie:
− diody wysokiego napięcia – BAYP50, BYP350,

− diody typowe – BYP401, BYP680,

− diody mocy – D00-100-10, D20- 300-10,
− diody szybkie mocy- DR12-10-01.

Diody prostownicze mają małą rezystancję w kierunku przewodzenia (rzędu pojedynczych
omów).

Rys. 4.2.6. a) charakterystyka prądowo napięciowa diody prostowniczej, b) symbol diody,

c) zastosowanie: jako prostownik 1-połówkowy [8]

Parametry
I

- prąd w kierunku przewodzenia,

- napięcie w kierunku przewodzenia,

- prąd w kierunku zaporowym,

- napięcie w kierunku zaporowym.

Parametry graniczne (dopuszczalne) diody prostowniczej:
− maksymalny prąd przewodzenia I

− maksymalne napięcie wsteczne U

na przykład dla BYP401/50 oznacza, że: I

=1A U

=50V.

Diody prostownicze, ze względu na moc dzielimy na:
− małej mocy – poniżej 1W,

− średniej mocy – 1-10W,
− dużej mocy – powyżej 10W.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Diody stabilizacyjne (Zenera) są to diody przeznaczone do stabilizacji lub ograniczenia
napięć. Diody stabilizacyjne pracują przy polaryzacji w kierunku zaporowym,
charakteryzując się niewielkimi zmianami napięcia pod wpływem dużych zmian prądu.

– napięcie stabilizacji

– prąd wsteczny

– max moc diody Zenera

Rys. 4.2.7. a) charakterystyka diody Zenera, b) symbol diody Zenera,

c) zastosowanie – stabilizator parametryczny [8]

Parametry diody Zenera:

− napięcia stabilizacji Uz [V],
− moc (maksymalna) diody Pz [W],

na przykład dla diody BZP611C5V6: Uz=5,6V Pz=250mW.

Napięcie wsteczne U

, przy którym następuje gwałtowne zakrzywienie charakterystyki

nazywa się napięciem Zenera. Wartość napięcia Uz zależy od rezystywności użytego krzemu
i dla najczęściej spotykanych typów diod Zenera wynosi od kilku do kilkudziesięciu woltów.

Rys. 4.2.8. Charakterystyka napięciowo-prądowa diody Zenera [8]

Spadek

napięcia na diodzie w obszarze przebicia, zwany napięciem stabilizacji, prawie nie

zależy od prądu przepływającego przez diodę. Parametrem, który charakteryzuje zależność
napięcia stabilizacji od prądu jest rezystancja dynamiczna rz, wyrażająca stosunek przyrostu
napięcia stabilizacji

Uz do przyrostu prądu

Iz.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

  Rezystancja dynamiczna diody Zenera w zakresie stabilizacji jest bardzo mała.
W rozważaniach przybliżonych przyjmuje się, że napięcie stabilizacji jest stałe (niezależne od
prądu) równe wartości napięcia Zenera Uz. Maksymalna wartość prądu  Izmax, przy której
dioda Zenera może pracować, jest ograniczona jej mocą dopuszczalną  Ptot zgodnie
z zależnością:

tot

max

Po przekroczeniu mocy Ptot może nastąpić uszkodzenie diody na skutek termicznego
przebicia złącza p-n. Diody Zenera znajdują szerokie zastosowanie w układach
stabilizacyjnych, ograniczających napięcie itp.

4.2.2

Pytania sprawdzające

Odpowiadając na podane pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania
ćwiczeń.
1.  Jakie są rodzaje elementów elektronicznych czynnych?
2.  Jakie są właściwości złącza p-n?
3.  Jakie są parametry poszczególnych elementów?
4.  Jakie funkcje spełniają poszczególne elementy w układach elektronicznych?
5.  Jaką metodą wyznaczysz parametry diod?
6.  Jak dobierzesz przyrządy pomiarowe do wyznaczania parametrów diod?
7.  Jakie są zasady bezpieczeństwa przy badaniu diod?

4.2.3 Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Wyznacz charakterystykę prądowo-napięciową i parametry diody prostowniczej.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) połączyć układ pomiarowy według schematu,

Rys. 4.2.9. Schemat układu pomiarowego [8]

2) dobrać przyrządy pomiarowe,
3) wykonać pomiary prądu i napięcia w kierunku przewodzenia i zaporowym,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4)  wyznaczyć charakterystykę prądowo- napięciową,
5)  wyznaczyć parametry diody,
6)  porównać parametry wyznaczone z katalogowymi.

Wyposażenie stanowiska pracy:

− zasilacz prądu stałego,

− woltomierz i amperomierz prądu stałego,

− zestaw diod prostowniczych,

− rezystor ograniczający (dekadowy),

− katalog elementów elektronicznych.

Ćwiczenie 2

Wyznacz charakterystykę prądowo-napięciową i parametry diody stabilizacyjnej.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) połączyć układ pomiarowy według schematu,

Rys. 4.2.10. Schemat układu pomiarowego [8]

2)  dobrać przyrządy pomiarowe,
3)  wykonać pomiary prądu i napięcia w kierunku przewodzenia i zaporowym,
4)  wyznaczyć charakterystykę prądowo-napięciową,
5)  wyznaczyć parametry diody,
6)  porównać parametry wyznaczone z katalogowymi.

Wyposażenie stanowiska pracy:

− zasilacz prądu stałego,

− woltomierz i amperomierz prądu stałego,

− zestaw diod prostowniczych,

− rezystor ograniczający (dekadowy),

− katalog elementów elektronicznych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2.4 Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) zdefiniować parametry diody stabilizacyjnej?

2) zdefiniować parametry diody prostowniczej?

3) zmierzyć parametry diod?

4) wyznaczyć charakterystyki diod?

5) skorzystać z kart katalogowych diod?

6) opracować wyniki pomiarów?

7) zinterpretować charakterystyki prądowo-napięciowe diod?

8) określić zastosowanie diod?

4.3 Tranzystory i tyrystory

4.3.1

Materiał nauczania

Rodzaje elementów i ich właściwości
1. Tranzystory
2. Tyrystory

Tranzystory bipolarne są przyrządami półprzewodnikowymi o dwóch złączach p-n
zbudowanym z trzech warstw półprzewodników domieszkowych wykazujących kolejno
przewodnictwa typu p-n-p lub n-p-n. Są one uzyskane w monokrysztale półprzewodnika,
najczęściej krzemu (rys. 4.3.1).
Tranzystory należą do grupy elementów elektronicznych o regulowanym (sterowanym)
przepływie nośników ładunku elektrycznego. Tranzystory ze względu na działanie dzielimy
na:

a) Bipolarne:

− tranzystory n - p - n,

− tranzystory p - n - p,

b) polowe:

− złączowe,

− z izolowaną bramką.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Parametry tranzystora
1. Wzmocnienie prądowe w układzie WE h

21E

, przy określonym prądzie kolektora i napięciu

kolektor – emiter.

(4.3.1)

Współczynnik

α jest bliski jedności, zatem

>>1. Typowe wartości współczynnika

zawierają się w granicach 20 ÷ 900.
2. Napięcie nasycenia U

CEsat

, przy określonym prądzie bazy I

i prądzie kolektora I

3. Prąd zerowy Ico, przy określonym napięciu kolektor – baza U

lub kolektor emiter U

4. Częstotliwość graniczna f

5. Maksymalna moc wydzielana P.

Klasyfikację tranzystorów bipolarnych najczęściej przeprowadza się ze względu na:
a) wydzielaną moc:

− małej mocy do ok. 0,3 W,
− średniej mocy do 5W,

− dużej mocy powyżej 5W, nawet do 300W,

b) maksymalną częstotliwość:

− małej częstotliwości (m. cz.) do kilkudziesięciu MHz,
− wielkiej częstotliwości (w. cz.) do kilku GHz.

Rys. 4.3.3. Przykładowe charakterystyki tranzystora w układzie WE [8]

Tyrystor
Elementami przełączającymi o strukturze wielowarstwowej są: dynistor, tyrystor, diak i triak.
Tyrystor, nazywany także diodą sterowaną, jest krzemowym elementem półprzewodnikowym
o strukturze czterowarstwowej p-n-p-n (rys. 4.3.4). Elektrody wyprowadzone od skrajnych
warstw tworzą odpowiednio anodę (A) i katodę (K). Elektroda wyprowadzona ze środkowego
obszaru typu p nazywa się bramką (B). Przy odłączonej bramce (otwarty łącznik W na rys.
1b) tyrystor nie przewodzi prądu nawet przy dodatniej polaryzacji anody względem katody
(tzn. do anody przyłączony jest dodatni biegun źródła napięcia, a do katody ujemny).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Nieprzewodzenie tyrystora związane jest z zaporowym działaniem bariery potencjału, która
znajduje się między obszarami n i p. Obszary n i p tworzą zwykłą diodę półprzewodnikową.
Dioda ta spolaryzowana jest zaporowo tzn. do obszaru n przyłożony jest biegun “+”, zaś do
obszaru p biegun “-”. Wytwarza się więc bariera potencjału, która zobrazowana jest na rys.1b
jako z. Bariera ta nie dopuszcza do przepływu nośników między anodą i katodą tyrystora,
w obwodzie zewnętrznym nie ma przepływu prądu. Wystarczy jednak wywołać krótki impuls
prądu w obwodzie bramki, zamykając na chwilę łącznik W, aby wprowadzić tyrystor w stan
przewodzenia. Po wejściu tyrystora w stan przewodzenia bramka traci własności sterownicze,
a zatem otwarcie łącznika w obwodzie bramki nie przerywa prądu anodowego.

Wyłączenie tyrystora można spowodować wyłączeniem napięcia anodowego, zmianą jego

polaryzacji lub zmniejszeniem prądu anodowego poniżej pewnej wartości krytycznej, zwanej
prądem podtrzymania. Wprowadzenie tyrystora w stan przewodzenia impulsem prądu bramki
nazywa się wyzwalaniem bramkowym.

Rys. 4.3.4. Tyrystor: a) symbol graficzny, b) struktura czterowarstwowa, c-d) schemat zastępczy [8]

Charakterystyka i parametry tyrystora

A. Charakterystyki statyczne i parametry obwodu głównego
Obwodem głównym tyrystora nazywamy obwód prądowy, w którym są włączone główne
elektrody tyrystora: anoda i katoda. W obwodzie tym płynie prąd. Charakterystyka
napięciowo-prądowa (główna) tyrystora (rys. 4.3.5) ilustruje trzy omówione stany pracy przy
polaryzacji przepustowej: stan blokowania, niestabilny stan przełączania, stabilny stan
przewodzenia oraz stan zaporowy przy polaryzacji wstecznej. Jak widać tyrystor jest
elementem nieliniowym o rezystancji dodatniej w stanach blokowania i przewodzenia oraz
ujemnej w stanie przełączania.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 4.3.5. Charakterystyka napięciowo-prądowa obwodu głównego tyrystora [8]

B. Parametry tyrystora
Stan blokowania – charakteryzują współrzędne U

, I

punktu szczytowego (U

– bez

prądu bramki) odpowiadającego przełączaniu, tj. napięcie przełączania i prąd przełączania.
Prąd przełączania odpowiadający przejściu ze stanu blokowania do stanu przewodzenia nosi
nazwę prądu włączenia I

. Natomiast prąd przełączania odpowiadający przejściu ze stanu

przewodzenia do stanu blokowania nosi nazwę prądu podtrzymania I

Podstawowym parametrem charakteryzującym stan przewodzenia jest największy prąd
przewodzenia. Stan polaryzacji wstecznej tyrystora nazywa się stanem zaporowym (stan
zaporowy przy polaryzacji wstecznej). W stanie tym płynie przez tyrystor niewielki prąd
wsteczny pod warunkiem nieprzekroczenia największego szczytowego napięcia wstecznego
U

4.3.2 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na podane pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania
ćwiczeń.
1.  Jakie są rodzaje tranzystorów?
2.  Jakie są rodzaje tyrystorów?
3.  Jakie są parametry tranzystorów?
4.  Jakie są parametry tyrystorów?
5.  Jakie są funkcje poszczególnych elementów w układach elektronicznych?
6.  Jaką metodą do wyznaczysz parametry i charakterystyki tranzystorów?
7.  Jaką metodą do wyznaczysz parametry i charakterystyki tyrystorów?
8.  Jak dobrać przyrządy pomiarowe do wyznaczania parametrów tranzystorów?
9.  Jak dobrać przyrządy pomiarowe do wyznaczania parametrów tyrystorów?.
10. Jakie są zasady bezpieczeństwa przy badaniu tranzystorów i tyrystorów?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.3 Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Wyznacz charakterystyki i parametry tranzystora bipolarnego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) połączyć układ według schematu pomiarowego,

2)  dobrać przyrządy pomiarowe,
3)  wykonać pomiary prądów i napięć tranzystora,
4)  wyznaczyć charakterystyki Ic = f(Uce) przy Ib = const,
5)  wyznaczyć charakterystyki  Ic = f(Ib) przy Uce = const,
6)  wyznaczyć charakterystyki Ib = f(Ube) przy Uce = const,
7)  wyznaczyć parametry tranzystora,
8)  porównać parametry wyznaczone z katalogowymi.

Wyposażenie stanowiska pracy:

− zasilacze prądu stałego,
− woltomierze i amperomierze prądu stałego,

− rezystory ograniczające,

− katalog lub karty katalogowe.

Ćwiczenie 2

Wyznacz charakterystyki i parametry tyrystora.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) połączyć układ według schematu pomiarowego,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 4.3.6 Schemat układu pomiarowego [8]

2)  dobrać przyrządy pomiarowe,
3)  zanotować parametry katalogowe tyrystora,
4)  wyznaczyć charakterystyki tyrystora I

= f (U

) przy I

= const w stanie blokowania

i przewodzenia dla różnych prądów bramki,

5) wyznaczyć parametry tyrystorów,
6) wyznaczyć prąd podtrzymania I

7) wyznaczyć charakterystykę prądowo-napięciową bramki,
8) wyznaczyć prąd I

i napięcie przełączające U

bramki,

9) przeprowadzić analizę błędów.

Wyposażenie stanowiska pracy:

− zasilacze prądu stałego,

− mierniki uniwersalne,
− obciążenie obwodu głównego (rezystor, żarówka),

− rezystor regulowany,

− elementy badane (tyrystory),
− katalog lub karty katalogowe tyrystorów.

4.3.4 Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) wymienić rodzaje tranzystorów?

2) wymienić rodzaje tyrystorów?

3) zdefiniować parametry tranzystora?

4) zdefiniować parametry tyrystora?

5) zmierzyć parametry tranzystora i tyrystora?

6) wyznaczyć charakterystyki tranzystora i tyrystora?

7) skorzystać z kart katalogowych?

8) opracować wyniki pomiarów?

9) zinterpretować charakterystyki prądowo-napięciowe?

10) określić zastosowanie tranzystora i tyrystora?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4 Elementy optoelektroniczne

4.4.1 Materiał nauczania

Do elementów optoelektronicznych zaliczamy:
1.  Diody elektroluminescencyjne
2.  Fotoogniwa
3.  Fotorezystory
4.  Fotodiody
5.  Fototranzystory
6.  Transoptory

Diody elektroluminescencyjne

są diodami, które emitują promieniowanie widzialne lub

podczerwone. Mają charakterystyki prądowo-napięciowe jak diody zwykłe, lecz napięcie
progowe jest wyższe i wynosi od około 1 do 1,8 V.
Diody wykonane z arsenku galu (GaAs) emitują promieniowanie podczerwone, z arsenku-
fosforku galu, w zależności od ilości fosforu, światło czerwone lub żółte.
Diody elektroluminescencyjne należą do diod z rekombinacją bezpośrednią. W diodzie takiej
spolaryzowanej w kierunku przewodzenia elektrony z pasma przewodnictwa przechodzą do
pasma walencyjnego. Energia elektronu jest oddawana w postaci światła.
Charakterystyki diod elektroluminescencyjnych przedstawiono na rys. 4.4.1.

Rys. 4.4.1. Charakterystyki diod elektroluminescencyjnych [8]

Fotoogniwa

są najstarszym elementem optoelektronicznym wypartym następnie przez

doskonalsze przyrządy jak: fotorezystor, fotodioda i fototranzystor.
Ogniwa mają złącze p-n wykonane z selenu lub krzemu.
Energia światła tworzy pary dziura-elektron. Jeżeli para powstaje w obszarze p, dziura
pozostaje na miejscu, a elektron przechodzi przez złącze. Jeżeli dziura powstaje w obszarze n,
elektron pozostaje na miejscu, a dziura przechodzi przez złącze. Wartość wytworzonego
prądu zależy od natężenia oświetlenia. Rys. 4.4.2 przedstawia model fotoogniwa.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 4.4.2. Model fotoogniwa [8]

Na rys. 4.4.3 przedstawiono charakterystykę fotoogniwa.

Rys. 4.4.3. Charakterystyka fotoogniwa [8]

Fotorezystory i fotodiody

należą do grupy elementów półprzewodnikowych, które

przekształcają energię świetlną w energię elektryczną.

W fotorezystorze pod wpływem dostarczonej energii świetlnej następuje tworzenie par

dziura-elektron na skutek opuszczania pasma walencyjnego przez elektrony. Ma to ścisły
związek z rezystancją fotorezystora. Fotorezystor włączony w szereg z napięciem zasilającym
może regulować przepływ prądu w obwodzie. Fotorezystory wykonuje się z siarczku kadmu
(CdS) i selenku kadmu (CdSe). Model fotorezystora przedstawia rys. 4.4.4.

Fotodioda ze złączem p-n pracuje w kierunku zaporowym. Pod wpływem dostarczonej

energii świetlnej w złączu tworzą się pary dziura-elektron, stanowiące prąd mniejszościowy.
W ciemnościach fotodioda pracuje jak zwykła dioda złączowa.

Fotodioda ze złączem p-i-n ma między warstwami p oraz n warstwę „czystego”

półprzewodnika bez domieszkowania. Warstwa zmniejsza pojemność złącza i umożliwia
stosowanie diod do pracy w układach wielkiej częstotliwości.
Model fotodiody przedstawia rys. 4.4.5.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Na rys. 4.4.6 przedstawiono charakterystyki fotorezystora, a na rys. 4.4.7 charakterystyki

fotodiody.

Rys. 4.4.6. Charakterystyki fotorezystora [8]

Rys. 4.4.7. Charakterystyki fotodiody [8]

Fototranzystory i transoptory

Fototranzystor przekształca energię świetlną w energię elektryczną. W czasie pracy

fototranzystora spolaryzowane zaporowo złącze baza-kolektor jest oświetlone, co ma wpływ
na wartość prądu wyjściowego. Baza tranzystora pozostaje nie podłączona. Model
fototranzystora przedstawia rys. 4.4.8.

Dziury powstałe w obszarze kolektora są przyciągane do bazy i dalej do emitera

powodując przesyłanie w kierunku kolektora elektronów z emitera. Elektrony te wspólnie
z elektronami pochodzącymi z par dziura-elektron tworzą prąd kolektora. Charakterystyki
fototranzystora w zależności od natężenia oświetlenia przedstawia rys. 4.4.9.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 4.4.8. Model fototranzystora [8]

E – natężenie oświetlenia

Rys. 4.4.9. Charakterystyka tranzystora [8]

Transoptor (izolator optyczny, separator galwaniczny) to dioda elektroluminescencyjna

i odbiornik fotoelektryczny (fotodioda lub fototranzystor) we wspólnej obudowie.

Wejściowe sygnały elektryczne są doprowadzone do końcówek diody

elektroluminescencyjnej. Sygnał wyjściowy występuje na zaciskach fotodiody lub
fototranzystora.

Typowa wartość rezystancji separującej między źródłem a odbiornikiem wynosi 10

Ω.

Schemat transoptora przedstawia rys. 4.4.10, a jego ważniejsze charakterystyki rys. 4.4.11.

Rys. 4.4.10. Schemat transoptora [8]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Przekładnia prądowa transoptora:

100

⋅

Rys. 4.4.11. Charakterystyki transoptora [8]

4.4.2 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na podane pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania

ćwiczeń.
1.  Jakie znasz rodzaje elementów optoelektronicznych?
2.  Jakie są parametry elementów optoelektronicznych?
3.  Jakie funkcje spełniają poszczególne elementy w układach elektronicznych?
4.  Jaką metodą do wyznaczysz parametry i charakterystyki elementów optoelektronicznych?
5.  Jakie przyrządy pomiarowe dobierzesz do wyznaczania parametrów elementów

optoelektronicznych?

6. Jakie są zasady bezpieczeństwa przy badaniu elementów optoelektronicznych?

4.4.3 Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Wyznacz charakterystyki i parametry elementów optoelektronicznych:

a)  diody LED,
b)  fotorezystora,
c)  fotodiody.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zanotować parametry katalogowe elementów,
2) połączyć układ według schematu układu pomiarowego,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 4.4.11. Schemat układu pomiarowego [8]

3)  wyznaczyć charakterystyki I = f ( U ), I = f ( E ),
4)  wyznaczyć parametry diody,
5)  zanalizować przebiegi charakterystyk,
6)  połączyć układ według schematu układu pomiarowego,

Rys. 4.4.12. Schemat układu pomiarowego do wyznaczania charakterystyk statycznych fotorezystora [8]

7) wyznaczyć charakterystyki I = f ( U ) przy E

= const,

8) zanalizować przebiegi charakterystyk,
9) połączyć układ według schematu układu pomiarowego.

Rys. 4.4.13. Schemat układu pomiarowego do wyznaczania charakterystyk dynamicznych fotorezystora [8]

10) opisać kształt krzywych zaobserwowanych na ekranie oscyloskopu,
11) wyznaczyć charakterystyki U

/ U

Fmax

= f ( f ),

12) zanalizować przebieg charakterystyk,
13) połączyć układ według schematu układu pomiarowego,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 4.4.14. Schemat układu pomiarowego do wyznaczania charakterystyk fotodiody [8]

14) wyznaczyć charakterystyki I = f (U) E

= 0, E

> 0, oraz I = f (E

15) zanalizować przebieg charakterystyk,
16) wyznaczyć parametry,
17) dobrać przyrządy pomiarowe,
18) przeprowadzić analizę błędów.

Wyposażenie stanowiska pracy:

− zasilacz prądu stałego,
− mierniki uniwersalne,

− oscyloskop dwukanałowy,

− rezystory,
− miernik natężenia oświetlenia,

− elementy badane,

− katalog lub karty katalogowe elementów optoelektronicznych.

4.4.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak Nie

1) sklasyfikować elementy optoelektroniczne?

2) zdefiniować parametry elementów optoelektronicznych?

3) objaśnić działanie elementów?

4) dobrać metody pomiarowe do badania elementów

optoelektronicznych?

5) wyznaczyć parametry, charakterystyki elementów

optoelektronicznych?

6) zinterpretować charakterystyki elementów optoelektronicznych?

7) posłużyć się kartami katalogowymi elementów optoelektronicznych?

8) opracować wyniki pomiarów?

9) zastosować przyrządy pomiarowe podczas pomiarów elementów

elektronicznych?

10) określić zastosowanie elementów optoelektronicznych?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.5 Zasady montażu i demontażu elementów elektronicznych

4.5.1 Materiał nauczania

Montaż i demontaż elementów

A. Zalecenia dotyczące wykorzystania elementów półprzewodnikowych.

Przy doborze elementów elektronicznych do projektowanych układów nie należy

przekraczać dopuszczalnych parametrów elektrycznych, klimatycznych i mechanicznych dla
danego elementu półprzewodnikowego.
Podczas montowania elementów półprzewodnikowych należy przestrzegać następujących
zaleceń:
1. Elementy małej mocy wlutowywane do płytki drukowanej mającej w miejscu lutowania

powierzchnię folii miedzianej mniejszą od 0,2 cm

powinny mieć maksymalną długość

wyprowadzeń.

2. Powierzchnie styku obudowy elementu półprzewodnikowego i radiatora powinny być

maksymalnie gładkie i czyste.

3. W celu minimalizacji rezystancji termicznej styku obudowa – radiator należy zwrócić

uwagę, aby:

− siła dociskająca element radiatora miała wymaganą w danych katalogowych wartość,

− pasta zastosowana w miejscu styku radiatora z elementem półprzewodnikowym miała

dużą przewodność cieplną,

− w miejscu styku z elementem półprzewodnikowym radiatory nie miały czernionej

powierzchni,

− montaż przeprowadzać bezpośrednio po wypolerowaniu, oczyszczeniu i przemyciu

alkoholem lub acetonem aluminiowej powierzchni styku radiatora.

4. Podczas montownia elementu po włożeniu wyprowadzeń do otworów w płytce

drukowanej zaleca się wygięcie wyprowadzeń o kąt około 30

w celu zabezpieczenia

przed przesunięciem się elementu podczas lutowania.

Rys. 4.5.1. Przykładowe sposoby montażu radiatora [1]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5. Podczas lutowania wyprowadzeń elementów nie należy stosować innych warunków niż

podane w katalogach dla danego wyrobu.

Typowe warunki dotyczące lutowania podano w tabeli 4.5.1.

Tabela 4.5.1.

[1]

Element Temperatur

lutowania[

Czas[s]

Tranzystory w obudowie TO-3

260

≤ 10

Elementy w obudowie TO-5

300

≤ 7

Elementy w obudowie TO-18

300

≤ 3

Diody świecące 235

≤ 3

Wskaźniki cyfrowe

245

≤ 3

Układy scalone w obudowie plastykowej dwu- i
czterorzędowej

260

≤ 10

Układy scalone w obudowie metalowej
wielonóżkowej

300

≤ 4

W celu zapewnienia prawidłowej pracy układu scalonego należy pamiętać, aby:
− ścieżki przewodzące i zasilania na płytkach były możliwie szerokie, co spowoduje

zmniejszenie rezystancji i indukcyjności doprowadzeń,

− ścieżki połączeniowe poszczególnych stopni układu były możliwie krótkie, w celu

ograniczenia szkodliwych sprzężeń,

− napięcia zasilania dla każdych 5..10 układów były blokowane kondensatorem

bezindukcyjnym o pojemności 10..100nF.

W przypadku stosowania tranzystorów i układów scalonych MOS należy przestrzegać
następujących zaleceń:
− elementy powinny być przechowywane w oryginalnych opakowaniach fabrycznych do

czasu ich wykorzystania,

− do wyprowadzeń elementów MOS można dotykać jedynie p uziemieniu wszystkich

narzędzi, przyrządów, stołu monterskiego, lutownicy oraz ręki operatora,

− tranzystory i układy scalone nie mogą dotykać materiałów, na których może gromadzić się

ładunek elektrostatyczny,

− po rozpakowaniu w/w elementów należy połączyć ze sobą wszystkie wyprowadzenia

dobrym przewodnikiem prądu elektrycznego (na przykład folią aluminiową),

− elementy należy wlutować do płytki jako ostatnie, to znaczy, gdy w

układzie są już

wszystkie elementy czynne i bierne.

Nie zaleca się łączenia równoległego lub szeregowego elementów półprzewodnikowych.
Jednak w przypadku zaistnienia konieczności łączenia równoległego diod i tyrystorów dużej
mocy należy:
− mocować elementy na wspólnym radiatorze,

− dobrać dla wszystkich elementów rozrzut napięcia przewodzenia przy maksymalnym

prądzie tak, aby był mniejszy od 50 mV. Dla elementów nie spełniających tego warunku
stosować elementy wyrównawcze, na przykład rezystory, dławiki,

− zapewnić, aby maksymalny prąd płynący przez wszystkie diody czy tyrystory połączone

równolegle był mniejszy od sumy granicznych prądów pojedynczych elementów.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Przy łączeniu szeregowym diod i tyrystorów niezbędne jest, aby:
− wszystkie elementy miały zbliżone wartości napięć przebicia,

− wartość maksymalna napięcia przyłożonego do szeregowo połączonych elementów była

mniejsza od sumy dopuszczalnych napięć dla każdego elementu,

− równolegle do diod i tyrystorów zastosować układy wyrównujące napięcie (na przykład

rezystory lub kondensatory).

Jeżeli wykorzystywane są elementy dużej mocy, to należy stosować skuteczne zabezpieczenie
prądowe (na przykład szybko działające bezpieczniki topikowe) ora stosować zabezpieczenie
przepięciowe poprzez włączenie obwodów tłumiących (na przykład szeregowo połączone
elementy RC dołączone równolegle do elementu zabezpieczającego).

Oznaczenia elementów

1. Rezystory

Stosuje się:

− literowo-cyfrowy:

wartość 81

Ω – oznacza się cyfrą 81

wartość 22 000

Ω – oznacza się 22k

wartość 1 000 000

Ω – oznacza się 1M

− przy pomocy kodu barwnego rys. 4.5.2.

Kolor znaku

Pierwszy pasek
Pierwsza cyfra

Drugi pasek
Druga cyfra

Trzeci pasek
Mnożnik

Czwarty pasek
Tolerancja %

Srebrny -

- 10

-2

Złoty - - 10

-1

Czarny -

Brązowy

1 1 10 1

Czerwony 2

Pomarańczowy 3

Żółty 4 4 10

Zielony 5

5 10

Niebieski 6

Fioletowy 7

Szary 8 8 - -

Biały 9 9 - -

Rys. 4.5.2. Oznaczenia barwne rezystorów [1]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

2. Kondensatory

Przy oznaczaniu kondensatorów stosuje się:

− oznaczenie literowe,

− oznaczenie cyfrowe (tab. 4.5.2),

− kod barwny (dotyczy kondensatorów ceramicznych tabela 4.5.3).

Tabela 4.5.2.

[1]

Pojemność znamionowa w kodzie
literowym w oznaczeniu rodzimym
przedstawia się następująco: litery p, n,

i m zastępują mnożniki oraz przecinki
między cyframi. Na przykład: oznaczenie
p15 oznacza kondensator 0,15 pF, 150p –
150 pF. W oznaczeniach zachodnich
stosuje się następująco regułą (podobną do
tej z kodowania wartości rezystancji w
kodzie MIL): dwie pierwsze cyfry są
cyframi znaczącymi, a trzecia oznacza
liczbą zer występującą po tych dwóch
pierwszych cyfrach. Wartość jest
podawana w pF. I tak na przykład: 470
oznacza kondensator 47pF, 822 – 8200 =

8,2nF.

Cechowanie kondensatorów ceramicznych
Tabela 4.5.3.

Cechowanie kodowe kondensatorów ceramicznych [1]

Tolerancja

Umowna barwa
punktu kropki
lub paska

Współczynnik
temperaturowy
[ppm/K]

Cyfry
znaczące
(1)

Cyfry
znaczące
(2)

Mnożnik

C<10 pF C>10pF

Srebrny

- - 0,01

- ±10%

Złoty

- - 0,1

- ±5%

Czarny

0 0 1 - -

Brązowy

1 1 10 - -

Czerwony

2 2 100

±2 pF

±2%

Pomarańczowy

150

3 3 1

000

- -

Żółty

220

4 4 - - -

Zielony

330

5 5 - - -

Niebieski

470

6 6 - ±0,25

Fioletowy

750

7 7 - - -

Szary

8 8 - - -

Biały

9 9 - ±1

Brak paska

- - - ±0,5

±20%

Ciemnoniebieski

100 - - - - -

Kod na kondensatorze

Pojemność kondensatora

3,3

3,3pF

33pF

151

150pF

471

470pF

102

1nF

152

1,5nF

472

4,7nF

103

10nF

153

15nF

223

22nF

473

47nF

104

100nF

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys.4.5.3

Cechowanie kondensatorów [1]

Cechowanie kondensatorów ceramicznych przedstawia rys. 4.5.3. Kolory odnoszące się do
pasków umieszczone zostały w tabeli 4.5.3.
1 – oznaczenie TWP ( tabela 4.5.4),
2, 3, 4 – oznaczenie pojemności znamionowej,
5 – oznaczenie tolerancji,
6 – oznaczenie napięcia znamionowego.

Tabela 4.5.4.

Temperaturowy współczynnik pojemności w kodzie literowym [1]

Zakres

temperaturowego

współczynnika

pojemności

Kod

Kolor emalii pokrycia

kondensatora

Barwa punktu lub

paska na

jednobarwnym

pokryciu

kondensatora

+ 100

Granatowy

Ciemnoniebieski

+ 33

Jasnoszary

Różowy

0 C Czarny

Czarny

- 33

Jasnobrązowy Brązowy

- 47

Niebieski

Brak

- 75

Ciemnobrązowy

Czerwony

- 150

Pomarańczowy Pomarańczowy

- 220

Żółty

- 330

Zielony punkt na pokryciu

jasnoszarym

Zielony

- 470

Biały Niebieski

- 750

Czerwony

Fioletowy

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.5.2 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na podane pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania
ćwiczeń.
1.  Jakie są rodzaje rezystorów?
2.  Jakie są ich parametry?
3.  W jaki sposób oznacza się rezystory?
4.  Jakie są rodzaje kondensatorów?
5.  Jakie są ich parametry?
6.  Jakie są sposoby oznaczania kondensatorów
7.  W jaki sposób oznacza się elementy półprzewodnikowe?
8.  Jakie są symbole elementów biernych i czynnych?
9.  W jaki sposób montuje się radiator?
10. Jakie procedury występują przy montażu elementów półprzewodnikowych?
11. Jakie procedury występują przy lutowaniu elementów półprzewodnikowych?

4.5.3 Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Rozpoznaj elementy elektroniczne i określ ich parametry.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1)  zidentyfikować elementy elektroniczne na podstawie wyglądu,
2)  pobrać elementy z magazynu według wykazu elementów,
3)  określić ich parametry na podstawie oznaczeń,
4)  skorzystać z katalogu lub karty katalogowej,
5)  określić parametry na podstawie katalogu.

Wyposażenie stanowiska pracy:

− magazyn elementów biernych i czynnych,

− wykaz elementów do pobrania,

− katalog lub karty katalogowe elementów,
− oznaczenia barwne rezystorów i kondensatorów.

Ćwiczenie 2

Rozpoznaj elementy elektroniczne na schemacie układu elektronicznego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1)  znać symbole elementów elektronicznych czynnych i biernych,
2)  zidentyfikować elementy elektroniczne na podstawie schematu elektronicznego,
3)  określić ich parametry na podstawie oznaczeń,
4)  skorzystać z katalogu lub karty katalogowej,
5)  określić parametry na podstawie katalogu,
6)  przyporządkować elementy pobrane z magazynu z elementami na schemacie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyposażenie stanowiska pracy:

− magazyn elementów biernych i czynnych,

− katalog elementów,

− schematy ideowe różnych układów elektronicznych.

Ćwiczenie 3

Określ i zinterpretuj parametry elementów czynnych na podstawie ich charakterystyki.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1)  znać charakterystyki diody prostowniczej, Zenera, tranzystora bipolarnego i tyrystora,
2)  zdefiniować ich parametry,
3)  określić parametry na podstawie katalogu,
4)  zidentyfikować na podstawie charakterystyki parametry elementów, na przykład napięcie

blokowania tyrystora, max prąd diody Zenera, maksymalne napięcie wsteczne diody
prostowniczej,

5) zinterpretować, co wynika z zidentyfikowanych parametrów.

Wyposażenie stanowiska pracy:

− charakterystyki elementów czynnych,
− katalog elementów czynnych.

Ćwiczenie 4

Wykonaj montaż i demontaż elementów elektronicznych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zapoznać się ze schematem ideowym układu elektronicznego (rys. 4.5.4),
2) zapoznać się ze schematem montażowym układu elektronicznego,

15V

+ U

wyj

(-)

D1...D4

Rys. 4.5.4. Schemat ideowy i montażowy [1]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3)  zidentyfikować i pobrać elementy według wykazu (rys.4.5.5.),
4)  pobrać narzędzia i przyrządy pomiarowe,
5)  włożyć elementy w otwory płytki drukowanej,
6)  uformować wyprowadzenia,
7)  polutować elementy zgodnie z procedurą lutowania,
8)  poobcinać wystające końcówki,
9)  sprawdzić poprawność montażu.
A.

Rezystory: B.

Kondensatory:

R1 = 150

1000

μF/25

Rsc = 1,8

Ω/5W

150pF/KCP

P1 = 10k

C3 = 22

μF/25

C. Półprzewodniki:

Układy scalone:

BC547B

US1 =

UA723CN

T2 = BD911

E. Inne :

D1,D2,D3,D4 = 1N4007

Z1,Z2 = listwa łączeniowa do druku

D5 = 1N4148

DIP

= podstawka

przewody

dwużyłowe (0,5 mm)

Rys. 4.5.5.Wykaz elementów

10) usunąć błędy w montażu,
11) sprawdzić działanie układu.
12) Wykonać demontaż wykonanego układu elektronicznego.

Wyposażenie stanowiska pracy:

− schemat ideowy układu elektronicznego,

− schemat montażowy układu elektronicznego,
− elementy elektroniczne,

− narzędzia do montażu i lutowania,

− przyrządy pomiarowe.

4.5.4 Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) zdefiniować parametry elementów biernych i czynnych?

2) odczytać wartość rezystancji za pomocą kodu barwnego?

3) odczytać wartość pojemności za pomocą kodu barwnego?

4) zidentyfikować podstawowe elementy czynne i bierne?

5) określić parametry elementów czynnych i biernych na podstawie

katalogu?

6) ocenić stan techniczny elementów na podstawie oględzin

i pomiarów?

7) dobrać zamienniki elementów elektronicznych z katalogu?

8) montować elementy na płytce drukowanej?

9) lutować elementy z zachowaniem zasad bezpieczeństwa?
10) Demontować elektroniczne z zachowaniem zasad bhp?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Zestaw zadań testowych

1. Podaj definicje parametrów tyrystora:

− napięcie przełączające bramki,
− prąd podtrzymania,

− maksymalne napięcie

wsteczne

tyrystora.

punkt)

2. Dobierz przyrządy pomiarowe do układu pomiarowego.

(2 punkty)

3. Połącz układ do pomiaru parametrów tyrystora.

(2 punkty)

4. Zmierz wielkości potrzebne do wyznaczenia tych parametrów.

(2 punkty)

5. Narysuj charakterystyki prądowo-napięciowe tyrystora.

(2 punkty)

Wyznacz

parametry

tyrystora.

punkt)

7. Porównaj uzyskane praktycznie parametry z parametrami katalogowymi.

(1 punkt)

8. Zinterpretuj przebieg charakterystyk.

punkty)

9. Zmodyfikuj układ w celu uzyskania mniejszego napięcia przełączającego. (2 punkty)

10. Sprawdź poprawność

modyfikacji.

punkt)

11. Zanalizuj pracę układu na podstawie uzyskanych wyników pomiarów. (2 punkty)

12. Na podstawie wykonanych pomiarów i obliczeń sporządź sprawozdanie. (2 punkty)

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Zestaw zadań testowych

1. Który z podanych symboli elementów przedstawia fotodiodę:

Parametry

diody

prostowniczej

to:

a) U

, I

b) Iż, Uz,
c) I

, Iż,

d) U

, Iz.

3. Strukturę czterowarstwową

element:

a)  dioda,
b)  tranzystor,
c)  termistor,
d)  tyrystor.

4. Maksymalny prąd płynący przez rezystor o rezystancji R = 100

Ω i mocy P = 1W wynosi:

a)  10 mA,
b)  100mA,
c)  1000mA,
d)  1mA.

5. Rezystor oznaczono kodem barwnym: brązowy, czarny, czerwony, srebrny. Jaką wartość

ma rezystor?

a) 1k

Ω 10%,

b) 47k

Ω 10%,

c) 100k

Ω 10%,

d) 1M

Ω 5%.

6. Jaki kod barwny będzie miał rezystor o rezystancji R=470k

Ω 5%?

a)  żółty, pomarańczowy, fioletowy, złoty,
b)  żółty, pomarańczowy, fioletowy, srebrny,
c)  żółty, czerwony, fioletowy, złoty,
d)  żółty, fioletowy, żółty, złoty.

7. Pojemność zastępcza dwóch kondensatorów C

=10

μF i C

=100

μF wynosi:

a) 9

μF,

b) 110

μF,

c) 20

μF,

d) 55

μF.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

8. Z katalogu odczytano parametry diody Zenera: Pz=250mW, Uz=10V. Maksymalny prąd
płynący przez diodę wynosi:

a)  2,5mA,
b)  25mA,
c)  250mA,
d)  100mA.

9. W układzie jak na rys.1 wartość rezystancji ograniczającej wynosi:

a) 225

Ω,

b) 125

Ω,

c) 425

Ω,

d) 635

Ω.

Rys. 1

10. Z katalogu odczytano parametry diody prostowniczej BYP401/100 Imax=1A, U

=100.

Ile powinna wynieść wartość rezystancji R w układzie jak na rys. 2?

a) 10k

Ω,

b) 10

Ω,

c) 100

Ω,

d) 1k

Ω.

Rys. 2

11. O jakiej mocy rezystor należy zastosować w układzie jak na rysunku 2?

a)  100W,
b)  1000W,
c)  10W,
d)  1W.

12. Tyrystor można wyłączyć przez:

a)  obniżenie do zera prądu bramki,
b)  zwiększenie prądu bramki,
c)  obniżenie do zera prądu włączającego,
d)  obniżenie do zera napięcia anodowego.

13. Oblicz wartość prądu I w obwodzie jak na rys. 3 Dane: Uwe=20V, R=50

Ω, Ro=100Ω,

Pz =1W, Uz =10V:

a)  1A,
b)  0,1 A,
c)  10mA,
d)  0,2A.

Rys. 3

14. W układzie jak na rys. 3 obliczyć

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

dopuszczalny zakres zmian rezystancji Ro
Uwe = 40 V, R = 50

Ω, Pz = 3 W, Uz = 20 V, Izmin = 5 mA:

a) (59 – 109)

Ω,

b) (19 – 79)

Ω,

c) (39 – 49)

Ω,

d) (209 – 309)

Ω.

15. W układzie jak na rys. 3 napięcie wejściowe zmienia się w granicach od 20V do 40V.
Wartości pozostałych elementów: Uz =10V, Izmin =5mA, Ro = 100

Ω, R =200Ω. Dobierz

moc diody Zenera w układzie:

a)  1W,
b)  6W,
c)  10W,
d)  4W.

16. Która z podanych definicji h

21E

tranzystora jest prawdziwa:

17. Ile wynosi wartość współczynnika

α jeśli β wynosi 100?

a)  0,994,
b)  0,985,
c)  0,972,
d)  0,990.

18. Rysunek 4 przedstawia charakterystykę pewnego elementu. Określ, którego elementu jest
to charakterystyka:

a) diody,

b)  tranzystora,
c)  tyrystora,
d)  fotoogniwa.

Rys.4

19. Który z układów ma poprawną polaryzację?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

KARTA ODPOWIEDZI

Imię i nazwisko ……………………………………………………………………………

Dobieranie i sprawdzanie elementów

Zaczernij prostokąt poprawną odpowiedź

Nr zadania

Odpowiedź Punkty

1 a b c d

2 a b c d

3 a b c d

4 a b c d

5 a b c d

6 a b c d

7 a b c d

8 a b c d

9 a b c d

10 a b c d

11 a b c d

12 a b c d

13 a b c d

14 a b c d

15 a b c d

16 a b c d

17 a b c d

18 a b c d

19 a b c d

20 a b c d

Razem: