Praktiline
elektroonika I
Analoogskeemid
Veljo Sinivee
felch@
staff .ttu.ee
Kondensaatorid • Kondensaator on nagu veeanum –
kogub elektrone.Erinevalt veepurgist on tühjas kondes alati
elektrone
• Juhib vahelduvvoolu, alalispingele lõpmatu takistus
(v.a. laadimisel). Miks?
• Polaarsed, mittepolaarsed ja unipolaarsed
konded • Max. pinge, töötemperatuur, ehitusest tulenevad
omadused (
induktiivsus ,
lekkevool jne).
• Ühik –
Farad (Maa
mahtuvus ca 700 nF).
Skeemil sümbol C
• Kasutatakse pinge silumiseks toiteal ikates
(vihmaveetünn) ; viidete tekitamiseks; filtrites;
signaali ahelates
alalispinge blokeerimiseks.
Sügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
2
Konded
• Silub, võimendi toide nt. Samuti
kasulik patareiga paral eelselt –
vähendab toiteal ika sisetakistust
• Mahtuvustakistus.
Vananemine (elektrolüütkoned) – mahtuvus
väheneb.
• Ühik, värvikoodid. Polaarsed ja
mittepolaarsed. Unipolaarsed.
Keraamilised , suure mahtuvusega.
• Skeemisümbolid. Paralleel- ja
järjestikühendus.
• Erikonded (trimmer jne). Elektriliselt
muudetav:
varikap (pooljuht).
Superkonde.
• Mis parameetreid vaja teada? Punnis
konded emaplaatide jms. toites
• Laadimisvool, piirame seda
Sügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
3
Polaarsed kondensaatorid
elektrolüütkondensaator tantaalkondensaator skeemitähisPeab ühendama õiget pidi, muidu tekib tulevärk…• suure mahtuvusega (>1uF)
• mahtuvus ja max. tööpinge selgelt kestale kirjutatud. Max. pinget peab
jälgima!
• erineva töötemperatuuriga, vahelduvvoolu takistusega, erinevad materjalid
• Tantaalkonded: väiksemad sama mahtuvuse juures, kallimad, tööpinge
madal
• mahtuvus vanematel mittepolaarsetel kondedel antud värvikoodiga
Sügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
4
Al 0 ja TaO kondensaatorid
2 3
2
Sügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
5
Värvikood
•
2 triipu 2 numbri jaoks,
•
Värviline punkt mis näitab, kuipalju
0 vaja et saaks anda mahtuvuse
uF-s.
•
Standartne värvikood kuid
:•
Hall = × 0.01, Valge = × 0.1
•
3. triip väljaviigu juures annab
tööpinge:
Kollane 6,3V
, must 10V, roheline 16V,
sinine 20V,
hall 25V, valge 30V,
roosa 35V.
Kui punkt nähtav – “+”
viik on paremal
http://wiki.xtronics.com/index.php/Capacitor _Codes
-
http://www.csgnetwork.com/capcccalc.html Sügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
6
Kilekondensaatorite andmeid
Sügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
7
Valik kondensaatoreid
Sügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
8
Takistid • Vähendab
voolutugevust ahelas nagu kitsas toru takistab
vee voolu
• Ühik: oom (George Ohmi auks), kirjutatakse tähega
oomega. Sümbol: R. Markeerimine, värvikood. 1 oom on
üsna väike suurus aga oleneb kuskohas (elektrili n,
võimsa
FETi takistus jne)
• Maksimaalne hajutatav võimsus: sõltub ehitusest.
Tavaliselt on 1/8 või 1/4W pi sav. Mis võiks ol a
analoog veega?
• Ehitus:
traat , süsinikiht jne. Müra sõltub ka ehitusest
• Reguleeritav
takisti : potensiomeeter või trimmer
• Logaritmiline, lineaarne reguleerimiskarakteristik
• Ühendusvi sid
Sügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
9
Värvikood ja tähistus
NominaalidR33 0.33 oomi
2R2 2.2 oomi
470R 470 oomi
1K2 1.2K oomi
22K 22K oomi
22K2 22.2K oomi
4M7 4.7M oomiStandartse 5% täpsusega rea 1–s dekaadis on sellised
väärtused:10, 11, 12, 13, 15, 16, 18, 20, 22, 24, 27, 30, 33, 36, 39, 43, 47,
51, 56, 62, 68, 75, 82, 91 Sügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
10
Takisti perekonnapiltSügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
11
Potensiomeeter
Sügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
12
Varistor •
takistus sõltub otstele rakendatud pingest•
On pooljuhtelement•
Ülepingete silumineSügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
13
Termotakisti Sügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
14
Fototakisti
Sügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
15
Induktiivpool
• Takistab voolu
muutust
• Definitsioon magnetvoo kaudu:
• Ühik H, henri, Joseph
Henry järgi. Skeemil tähis: L (Heinrich Lenzi auks)
•1H on suur indukti vsus, tavaliselt mil i ja mikrohenrid
•Induktiivsus sõltub
keerdude arvust aga ka mähise
alusest (suure mag.
läbitavusega alus –raud- suurendab indukti vsust. Drossel (
paispool ).
•Igal
juhtmel on indukti vus, mõju sõltub sagedusest (rakendusest).
•Oluline ka mähisetraadi läbimõõt – määrab max. voolutugevuse.
•Kasutusalad:
trafod , mootorid, signaaliahelates, häirete šunteerimisel,
jne
•Paral eel- ja järjestikühendus. Induktiivtakistus
Sügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
16
Sügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
17
Induktiivpoolide rakendusi
Sügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
18
Diood ja tema sõbrad
• Juhib voolu vaid ühes suunas. On pooljuhtelement
• Skeemisümbol, tähis tavaliselt D ka VD
•
Parameetrid : päripingelang (eriti oluline suurte võimsuste
puhul), töösagedus, max.
vastupinge , max. pärivool, lekkevool
(vastuvool)
• Ehituselt üsna erinevaid korpusi
• LED on samuti
diood • LEDi juhitakse vooluga aga on ka min. pinge mil e puhul veel
helendab : punane -1,6V; sinine - >2V, valge: ca 3V
• Ki rgab kui ühendatud päripidi.
• Max. pärivool, pinge.
• Ki rgusnurk (poolnurk). Värvus (
lainepikkus ). Heledus.
Sügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
19
Diood
•
materjal: Ge, Si•
nn. Schottky dioodid kiiremad ja
madala U -gaF•
Ge-dioodid kõrgsageduses•
Päri- ja eriti vastuvool sõltub ka
temp. -> termoandur•
Päripine tavaliselt 0,7V, Schottky
dioodil 0,2..0,7VSügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
20
Mõned dioodid
Sügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
21
Retro - raadiolambid
• Kuumutatav elektrood –
katood emiteerib
elektrone. Neid püüab
anood . Vastupidi ei
saa elektronid
liikuda : lampdiood.
Fleming.
• Lisades võre, saame
elektronkiire voolu
moduleerida (
Lee de Forest , 1907)
Muutes vähesel määral võrepinget, muutub
anoodvool suurel määral – lamp võimendab
• Otse- ja kaudküte.
Pinged elektroodidel
•
Erilambid .
Sügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
22
EL-34 võrepinge ja anoodvool
Sügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
23
Valik raadiolampe
Sügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
24
Transistor • Pooljuhtelement signaalide
võimendamiseks, genereerimiseks ja isegi
detekteerimiseks.
•
Leiutati 24.12.1947
Belli laboris: Shockley,
Bardeen, Brattain. Lilienfeldtil oli juba 1925
prototüüp
• Tööpõhimõtte järgi:
bipolaar - ja
väljatransistorid.
Sügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
25
Aseskeem •Bipolaartransi
elektroodid : emitter, baas, kollektor
•Sisuliselt nagu 2 otsapidi kokku ühendatud dioodi (vt.
aseskeemi)
•Baas-emittersiire alati päripingestatud. Pingelang seega
0,6V => väike
sisendtakistus • B-K
siire vastupingestatud
•Tüüritakse
vooluga•2 erinevat juhtivusetüüpi NPN ja PNP
Sügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
26
Transistori olulised parameetrid
•U
ehk maksimaalne tööpinge
cemax
•I ehk maksimaalne töövool
c max
•Kanali takistus (väljatransistoridel)
•Beeta (h e) ehk vooluvõimendus (
sisend -
21
ja väljundvoolude suhe) – dünaamiline
• B (h ) sama alalisreži mis
21E
•Pi rsagedus kui vooluvõimendus=1 (ÜE
lülitus)
Sügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
27
• korpuse ja ehituse iseärasused
(kaitsediood, darlingtontranss, IGBT jne)
Standardlülitused
• Ühise emitteriga
(tavaline lülitus)
• Ühise baasiga
• Ühise kol ektoriga
(emitterjärgur)
Sügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
28
ÜE lülitus
•
pinge ja vooluvõimendus hea•
väljund vastandfaasis sisendigaSügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
29
ÜB-lülitus
•
rohkem kõrgsagedusskeemides•
MS siis kui vaja eriti madalat
sisendtakistust ( helipea )•
KS skeemides kuna
sagedusriba ei sõltu eriti
sagedusest•
voolupuhver (võimendus =1)•
suur pingevõimendus•
sisendtakistus madal•
Väljundtakistus suurSügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
30
ÜK (emitterjärgur)
•
pingevõimendus ~1•
kasutatav vooluvõimendina
( puhver )•
väljund samas faasis
sisendiga•
suur sisendtakistus •
väike väljundtakistus•
lõppvõimendites•
koormuste lülitamine (lamp,
relee )Sügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
31
ÜE lülituse tunnusjooned,
koormussirge Sügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
32
Transistori pere
Sügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
33
Ohm’i seadus
• U=I*R (pinge U on
IRmus kui säraka vastu näppe saab).
Sügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
34
VK (veidi keerulisem)
Rx_y = ?
Ra_b jne = 1000 oomihttp://www.physics.ucsb.edu/~lecturedemonstrations/Composer/Pages/64.42.html Sügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
35
RC-
ahelad Integreeriv ahel•
“silub”
sisendpinge muutusi, nt. häireid
• odavamates helikaartides heli
väljundsignaali taastamiseks
• toob sisse viite τ= R*C, reaalne
viide sõltub
järgnevast
ahelast • Amplituudi ülekande funktsioon:
• Hea kasutada PWM-iga tehtud signaali
taastamiseks, viidete tekitamiseks jne
Sügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
36
RC-ahelad
Diferentseeriv ahelSaame väljundisse lühikese impulsi signaali
muutumise hetkeks – hea kasutada mingi
seadme juhtimiseks.
Amplituudi ülekande funktsioon:
Sisend (sinine) ja väljund (punane):
Sügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
37
Operatsioonivõimendid
• Esimesed OV-d leiutati 2.
MS ajal (C.A. Lovel Bel i
laborist)
• Nimi tuleb nende
kasutamisest
analoogarvutites
• George A. Philbrick ehitas
1. raadiolampidel OV aastal
1948
• Si ani kasutusel oleva
OV 741
disainis Dave
Ful agar aastal 1967
S
ügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
38
Operatsioonivõimendid
Esimene reaalne OV-d K2-W
Sügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
39
Operatsioonivõimendid
Ideaalse OV puhul:•
Sisendimpedants on lõpmatu
(sisendahelaid pidi vool EI
voola),
•
Väljundtakistus on null ehk OV
suudab tüürida igasugust
koormust,
•
Avatud ahela võimendus A on
OV väljundpinge on lõpmatu,
sisendklemmide (V1 ja •
Ribalaius on lõpmatu (suudab
V2) pingete vahe võimendada suvalisi
sagedusi),
korrutatuna
võimendusega A•
Väljundpinge on null kui
sisendpinged ei ole erinevad.
Sügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
40
Operatsioonivõimendid
• Üksikud (
single )
• Madala
• Topelt (
dual )
voolutarbega
• 4 tk korpuses
• Madala müraga
(quad)
• Madalanihkepinge
• Bipolaartransis-
ga
toridel
• Kõrgepingelised
• Väljatransistoridel
• Suure töökiirusega
Sügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
41
Operatsioonivõimendid
pingejärgur
Vout=A*(V+ - V-)
Vout=(A/1+A)*V+
Vout=1* V+
Pingejärgur ehk puhver, ei lase nõrka
signaalial ikat maha koormata
Parim ribalaius kuid pingevõimendus=1
Mõnesid OV-sid tuleb kompenseerida
Sügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
42
Operatsioonivõimendid
inverteeriv lülitus
Pöörab signaali faasi
Võimendus Av seatav 2 takisti väärtusega
Muide, V- pinge on nul !
Kahe- või ühepolaarne toide
Sügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
43
Operatsioonivõimendid
mitte-inverteeriv lülitus
Signaali faas jääb samaks
Võimendus Av =1 + R2/R1
V- pinge on sama mis V+
Sügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
44
Operatsioonivõimendid
summeeriv lülitus
Mil eks ? Näiteks mikseripult
Sügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
45
Operatsioonivõimendid
instrumentaalvõimendi
Kui R3=R4, saab võimendust muuta 1 takistiga (R1)
Sügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
46
Operatsioonivõimendid
pinge kasvu kiirus
Aeglane – LM741, ki re – LT1056, Toide +/-15V
Sügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
47
Mõõteriistad
• Voltmeeter – max. suur sisendtakistus
•
Ampermeeter – max. väike sisendtakistus
• Need jpm. koos -> multimeeter (
tester )
• Veidi eriline
generaator –
kõigusagedusgeneraator ehk
sweep -
generaator
• Silmade asemel:
ostsilloskoop (sõpradele
lihtsalt oss)
•
Toiteallikad - 1 ja 2-polaarsed
Sügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
48
Skeemid • Takistid, pingejagurid (ka kondega)
stabilisaator • Temperatuuritundlikud asjad, PTC, NTC
•
Valgustundlikud ahelad:
fotodiood , -transistor, -takisti,
optron, FEU jne. “UFO-
skoop ” !
• Alaldi /
detektor • Türistor/sümistor, PWM
• Generaator, taimer NE555 (nt. ventilaatori või auto
salongilambi juhtimine)
• Komparaator, operatsioonivõimendi (OV)
• Matemaatilisi tehteid tegevad ahelad OV-del
• Toiteskeemid: trafo, “seinakuubik”, pinge silumine. Miks
pinge mõõtes kõrgem kui peaks olema ? Lineaarne
pingestabilisaator, voolustabilisaator
Sügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
49
Skeemid
•
Filter – eraldab kogu signaalist vajaliku
sagedusega osa. Nt. värvimuusikas või
kõlarites. Või selektiivses voltmeetris
• selektiivne sisendahel ka raadios/tv-s
• Faasinihe – 2 vastandfaasis signaali
kustutavad teineteist. Nii nõrgendatakse
mh. tööstusmüra! Sildvõimendi.
•
Raadiosageduslik wärk: AM, FM,
Sügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
50
Jootmine • On
metal detailide ühendamine madalama
temperatuuriga (250 C.
• Kolvi ots peab olema puhas ja tinaga kaetud (NB! EI
TOHI kraapida, rikub kaitsekihi !)
• Tinatraat jootekohale, kuumutada kolviga. Tina peab
laiali valguma. Kolb ära, nüüd ei tohi detaile li gutada
kuni tina tahkub
• Hea
jootekoht on läikiv.
Matt pind
viitab detailide
li kumisele jahtumise käigus. “Külmjoode”. Võib ol a isegi
pooljuhi omadustega !!! Nõrk kindlasti.
• Plaadi võib
esmalt katta kampol -lakiga. Hiljem ka –
väldib oksüdeerumist.
Sügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
52
Lugejate tungival soovil ;)
• Plasmakõlarid:
http://www.enjoythemusic.com/magazine/equipment/1002/acapel avoilin.ht m
•
http://www.swtpc.com/mholley/Popular Electronics/May1968/Flame_Amplificat
ion.htm
Sügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
53
Loe veel
•
http://www.allaboutcircuits.co m
•
Uudo Usai “Elektroonikakomponendid (TPT 1998)
http://www.tud.ttu.ee/~t030883/materjalid/elektroonika/elektroonika.pdf •
Electronic circuit “
beans ”
collection :
http://www.massmind.org/images/www/hobby_elec/e_ckt.ht m
•
Elektroonikast algajale:
http://www.kpsec.freeuk.com/study.ht m
•
P.
Horowitz , W. Hil , “ The Art of Electronics”,
Cambridge University Press 1980, 1989 NB! Elektrooniku “pi bel”
•
Jootmine:
http://www.epemag.wimborne.co.uk/solderfaq.ht m
•
Hea programm:
MiscEl http://miscel.dk/MiscEl/miscel.html •
http://www.scribd.com/doc/10782864/Basic-Op-Amp-Applications •
Operatsioonivõimendid:
http://focus.ti.com/lit/an/sboa092a/sboa092a.pdf •
Veel:
http://www.northcountryradio.com/PDFs/column003.pdf •
Veel:
http://www.stanford.edu/class/ee122/Handouts/2-Op -
Amp_Concepts.pdf
Sügis 2010
Praktilise elektroonika loeng
54
Document Outline
- Praktiline elektroonika I Analoogskeemid
- Kondensaatorid
- Konded
- Polaarsed kondensaatorid
- Al203 ja TaO2 kondensaatorid
- Värvikood
- Kilekondensaatorite andmeid
- Valik kondensaatoreid
- Takistid
- Värvikood ja tähistus
- Slide 11
- Potensiomeeter
- Varistor
- Termotakisti
- Fototakisti
- Induktiivpool
- Slide 17
- Induktiivpoolide rakendusi
- Diood ja tema sõbrad
- Diood
- Mõned dioodid
- Retro - raadiolambid
- EL-34 võrepinge ja anoodvool
- Valik raadiolampe
- Transistor
- Aseskeem
- Transistori olulised parameetrid
- Standardlülitused
- ÜE lülitus
- ÜB-lülitus
- ÜK (emitterjärgur)
- ÜE lülituse tunnusjooned, koormussirge
- Transistori pere
- Ohm’i seadus
- VK (veidi keerulisem)
- RC-ahelad
- Slaid 37
- Slaid 38
- Slaid 39
- Slaid 40
- Slaid 41
- Slaid 42
- Slaid 43
- Slaid 44
- Slaid 45
- Slaid 46
- Slaid 47
- Mõõteriistad
- Skeemid
- Slaid 50
- Jootmine
- Slaid 52
- Lugejate tungival soovil ;)
- Loe veel
Kõik kommentaarid