Poznáváme elektroniku VI : od A do Z [1. vyd. ed.] 9788072321469, 8072321463

Table of contents :
PE6 000
PE6 001
PE6 002
PE6 003
PE6 004
PE6 005
PE6 006
PE6 007
PE6 008
PE6 009
PE6 010
PE6 011
PE6 012
PE6 013
PE6 014
PE6 015
PE6 016
PE6 017
PE6 018
PE6 019
PE6 020
PE6 021
PE6 022
PE6 023
PE6 024
PE6 025
PE6 026
PE6 027
PE6 028
PE6 029
PE6 030
PE6 031
PE6 032
PE6 033
PE6 034
PE6 035
PE6 036
PE6 037
PE6 038
PE6 039
PE6 040
PE6 041
PE6 042
PE6 043
PE6 044
PE6 045
PE6 046
PE6 047
PE6 048
PE6 049
PE6 050
PE6 051
PE6 052
PE6 053
PE6 054
PE6 055
PE6 056
PE6 057
PE6 058
PE6 059
PE6 060
PE6 061
PE6 062
PE6 063
PE6 064
PE6 065
PE6 066
PE6 067
PE6 068
PE6 069
PE6 070
PE6 071
PE6 072
PE6 073
PE6 074
PE6 075
PE6 076
PE6 077
PE6 078
PE6 079
PE6 080
PE6 081
PE6 082
PE6 083
PE6 084
PE6 085
PE6 086
PE6 087
PE6 088
PE6 089
PE6 090
PE6 091
PE6 092
PE6 093
PE6 094
PE6 095
PE6 096
PE6 097
PE6 098
PE6 099
PE6 100
PE6 101
PE6 102
PE6 103
PE6 104
PE6 105
PE6 106
PE6 107
PE6 108
PE6 109
PE6 110
PE6 111
PE6 112
PE6 113
PE6 114
PE6 115
PE6 116
PE6 117
PE6 118
PE6 119
PE6 120
PE6 121
PE6 122
PE6 123
PE6 124
PE6 125
PE6 126
PE6 127
PE6 128
PE6 129
PE6 130
PE6 131
PE6 132
PE6 133
PE6 134
PE6 135
PE6 136
PE6 137
PE6 138
PE6 139
PE6 140

Citation preview

,

•

'j

,"

I'

; ..

I,

AM PLITUDA

6;-W!.

B ATERIE

I

•

, ;

r

.

• ,

.

, ., 1

r "

•

-

I'

Obsah Úvod

7

1 Zavedené p ojmy v e lektronice

9

2

Ve l iči ny

2.1

a j ednotk y, zák lad ní vztahy m e zi

Veličiny

a jejich jednotky

2.2 Základní vztahy mezi

Součástky

170

_

veličinam i

2.3 Složené elektrické obvody 3

ve li či na m i

185 :

a j ej ich v lastnosti

R ej st ř í k .................................................................•....•...........•...•..........

o Václav Malina. 2001 IS BN 80·7232·146·3

170

191 196

283

Úvod Elekt ron ika představui e bezesporu široký obor lidského vědění. Z toho plyne, že pr akticky neni v našich silách udržovat stál}' přehled o vše m, čeho se v této oblasti dosáhlo. Většina z nás se zajímá pouze o určitý úsek z oboru a v něm se poměrně dobře vyzná. Pot řebujem e- l i se dovědět o ostatní m, sháníme odbornou literat uru, v které pa k více nebo méně pracně hl edáme potřebné informace. N ěkdy postačí má lo: stru čn é objasnění pojmu, uvede ní do souvi slost i ap. Mnohdy si nejsme jisti. jestli naše domněnka je správná. a proto hledáme potvrzení. p řípadně vyvrácení svých představ. Zájemeu.m , kterým jde o rychlou a struč nou informaci, poslouží následující kapitoly. Přinášej í vysvětlení řady poj mů zavedených v ele kt ronice. pře­ hledně jso u uspořádá ny základní veličiny s příslu š n ým i jednotkami a nechybí ani běžné součástky s jejich vlastnostmi. Snaha o vnímání širších souvislostí v chová ní součástek či v elektronických dějích, nepochybn ě při­ spívá k hlubšímu poznávání a utřídě n í příslušnýc h pochodů . Kniha si neklade za cíl a ani ne m ůže pos ti h nout veškerou té matiku z oboru. Chce být spíš rádcem, kte rý v mnohé m napomůže k orie ntaci správn}1I1. směrem , přípa dně odk áže na lit eraturu, kd e lze získat podrobnější informace. Autor takto zároveň plní slib daný svým bývalým žákům , p0strádajícím možnost rychlého přehledu a st ruč n ých odpovědí na mnohé otázky, které se v různých souvis lostec h vynoří .

-1 Zavedené pojmy v elek t r on ice A S Tt S A přijímací nebo vysílací má t a úkol p řij ímat nebo v ys íla t vysokofrekve n ční signál, šířící se 11 pod ob ě e le k t r o m a g net ic k S'c h vln. Tvoří ji vodič (drát. trubka) , pričemi délka vodiče má být v přímém vztahu k délce vlny. Základní rozměr představuj e dipól - p olovi n a dé lky vlny (obr. 1.1a). Vhodné jsou i je ho n ésobky, tj . cel á délka vlny). (la mbda),

dvojnásobek 2 )., častěj i však poloviční rozměr dipólu - A 14. V uv eden ých pří­ padech se jedná o la děné úseky, vy. značující se specifický mi vlastnostmi (5]. Zcela odlišně se chov á vodič, jehož délka není ve vztahu k délce vlny. Každý typ antény vykazuje při svém rezonančním kmitočtu

konkrétn í ve-

likost im peda nce Z. Uprostřed di pó1u je im pedance přibližně Z = 75 n a proud zde má největší amplitudu. Naopak kmitna napětí se nachází na krajích dipólu. Skl ádan ýdi pól na obr. l. l b má impe da nci zhruba čtyřnásobnou, tj. Z =300 n, každým ram enem teče poloviční proud, ale na pětí je dvojnásob né. Nesouhlasí-li impedance antény s ch a rak teristickou impedancí napáj eče , ne, lze obojí je dn od uše propoj it , tj. bez vhodnéh o přizpůsobe ní. A

DMI TANCE -

a)

b)

.,-i

-t ~ I

U

L

2

Z 3000

t Obr. 1.1 a) Púlu/nnj dip6l S{! stiedoujm Mpci)ením má uprosthel kmilnu proudu. po k rajú:h kmitnu napětí. b) U skládaniho dipólu teče každjm ramenem poiwiťni p roud, napětí je duo)náMJbné.

viz Vodivost G 9

llASR EF LEX A MPI.ITUD A M PLI T U D A

(výchylka)


..._--=-:-.. J~ ní tyristoru v době kladné půlperi­ ~~. (ob~. 1. 25 ). Jin~k ~no, t~~r nel!~ wm n po celou půlpenodu, nýbrž kra tší dobu . Úhel otevření je menší n ei 180 °. Úhlu otevření pak odpoví dá velikost prouduo který projde obvodem . Až v okamžiku . kdv se kladný impuls dostane na vstu pní el~ktrodu G, tyristor se otevře a zátěží teče proud. '.' ....." ZpUsob fázovéh o ří zení : Při nejj ednodušším způsobu fázovéh o řízení se používá RC člen (obr. 1.26). Kondenzátor C l se nabíjí Obr. 1.25 Pnlbthy napiti (I proudu na přes seriový odpor R l + R2 0d začá tku klad - tylUk>rU. (I) ~/&pníprotUJ, b) kladn j . . • . d ba b " , od lpouJtkí imp"", r:) průbih rwpifí na ne půlperi od y, pncemz tl na ije m po. d) 'Wh rotUJ tt'Jw . vídá časové konstantě RC clenu. Kdyi na- t)7UWr/&, :~ mr:'m. Ii. UCl

-

F

I

_+_-\__+__\_,

"

pěti na kondenzátoru. dosáhn e zapína-

yns cí ho napití tyristoru. UGn obvodem proteče zapínací proud l G T· Prakticky to znamená, že kladný impuls z kondenzá toru pronikne přes diodu Dl na řídicí elektrodu G tyristoru, a pokračuje otevřeným přechodem G·K. Sou časně se otevře obvod anoda-katoda. Otevření je trval é, takže po zbytek kladné p ůlperiody teče tyristorem spína cí proud. J akmile kladná půlperio­ da skončí, proud zaniká a t yristor se rozepne. V daném případé se jedná o střídavý proud. takže s přichodem záporné půl, vlny je dioda D2 pólována v propustném smě ru a při poj í kondenzátor k z ápornému napět í. Tím jej zbaví zbytkového náboje a připraví pro da lší cyklus nabíjení. Dioda Dl zamezí záporném u napětí dostat se na Hdicí elek · Rl J6 k 02 trodu tyris toru . Pii záporné půlvlně proud tyR2 410 c' ristorem neteče. :;: , ' " 220V Časový úsek od začátku průběhu kladné půl- Cl 22Qn 01 • vlny do doby otevření tyris toru označuj em e ve L .............J stupních, jako tzv. úhel sepnutí A (alfa). Uhel Obr. 1.26 r azo vé řízení tyristoru ?!fa vyjadřuje zpožděni , kte ré vznikne od zav obvodu střídavého proud u. eátku půlvlny do otevření tyristoru. Na obr. 1.25 prostřednictvím RC členu. Je, zakruslen úhe l A = 90" a představuje zpož dě­ Córkovaně je znaéen ochranný obvod RC. ru poloviny půlperiody 37

.

s FAzovY

F

PO SUN

zjišťujeme

eo s uv mezi veliéinami u p a si v n ích i aktivních prvků. za řazen ý ch v obvod u st ří d avéh o p roudu . Vzniká různým zp ů . sobem, Tak např. u tranzistorového zesilovače v zapojení se společným erni. torem (nikoliv při společné bázi a společném kolektoru) je signál na kolekto. ru posunutý o celou půlperiodu, tj. o 1800 proti signálu na bázi (obr. 1.27). Je to tím , že s kladným napětím, tj. při kladné pů1vlně na bázi, se otevírá (vice) tranzistor. tzn. prochází větší proud a napětí na kolektoru klesá o úbytek na pracovním odporu Rc. Rozumí se tím, že klesne pod původně nastavenou úroveň. Na výstupu zesilovače se to projeví jako záporná půl vlna. 'Ien tc fakt umožňuje vést zápornou zpětnou vazbu z výstupu na vstup, tj. z kolektoÁZOVY

ru na bázi. Napřiklad prostřednictvím malé kapacity - s cílem omezit zesílení vysokých kmitočtů. Obecně vzniká fázový posu v v obvod u ettidav ého proudu mezi n apět ím a proudem činností některých součástek. V technické praxi se to týká zpoždění proudu za napětím. Posuv vyjadřujeme fázovým úhlem cp • (viz FáZOV)' úhel) a teoreticky může dosahovat až 000.

F

R,

__ ..Rc ~

\fl

~ o--~-J:.J: R2

Obr. 1.27 pn mpojDI i trcmzi&Lon.l N $pOŮ!Č1Ijm t' m itorem jt' na ItoldLon.l sigrW1 po&U1Wtj o 18()".

Álovt ÚHE L cp (ti) znázorňuje velikost zpoždě ní nebo p ředst i­ h u u na p ětí a proudu v obvodu střídavého proudu. Předpokládá se přitom stejný průběh zúčastněných veličin, nejčastěji sinusový průběh. V praxi to znamená, že n apětí a p ro ud nej sou ee fázi , jejic h amplitudy současně nerostou ani neklesají. Fázovým úhlem cp hodn otíme také zpoi d ěn i proudu za nap ětím v elek trick é s iti. Konkrétně jej vyjadřuje tzv. ú čin ík cos tp Účiník představuje významný úd aj při výpočtu výkonu sti-idavého proudu . tzv. či nného výkonu, udávan éh o ve VA (voltampérech). Fázové posuvy zjišťujeme i ve vysokofre kve nčních obvodec h (5J. Obvykle zobrazuje me fázové posuvy pomocí vektorových diagramů, kde ramena vektorů svírají mezi sebou úhel, odpovídaj ící velikosti posuvu. Vek· torovým součtem je možné zjistit výsledný vek tor s jeho celkovým fázovým posu vem proti hla vnímu vek toru, odpoví dajícímu společné ve ličině.

F ET

- FETwamená zkratku "Field effect t ranzistore". J edn é se o unipolár-

t t a n zistory. které n e rnaj i (dva) polovodičov é pře chody jako bipo~.l ~ tranzistory a p ři č i nnosti vy užívají no si če p ou ze jed n o ho hu . Další rozd íl je v tom, že výs tup ní p ro u d se řídí výhradně elek7::kým polem, takže F ET nevyžaduje vstupní proud. Proto je vstupní :;;'por nesrovnatelně ,,:ŠŠí. než u bipolá~,í~o ~ran~isto,ru, a ~ezatěžuje obod ke kterému je pnpoJcn. F ~T se hSI 1 um, ze výstupní proud teče :. ";enší m iie i h n~d p o připojen i napájecího napětí. S kladnou či zápornou polaritou vstupního .na~tí se p:oud zv~~í nebo zmenš~: 7.á!eží ?a typU tranzistoru. Proto Sl Jej muzeme představit Jako polovodlcovy rezIStor. jehož odpor se vstupním napětím mění. Podle nosičů kladného nebo záporného náboje rozlišujeme tranzistory s kaaj nálem ~ nebo P. Tranzistoni FET je více druhů a liší se svýG--'(b'-E mi vlastnostmi. Sch ématické značky a základní zapojení jsou na obr. 1.28. Unipolární tranzistory mají většinou tři, někdy čtyři elektrody. b) + Vst upní elektrod a se značí G (Gate). místo emitoru symbol S (Source), místo kolektoru D G výstup (Drai n). Pokud má FET čtvrtou elektrodu, pak vstup E _ je to G2, nacházející se u t ranzistoru s izolovanym hradlem, označovaným MOSFET (Metal Oxide Silicon). Elek troda G2 patří k základní polovodičové destičce a obvykle se zvenku pripojuje k emitoru S. Tran zistor .uOSFET m á řídic i elek trodu oddělenu tenhau lzolo čni vrstvou cxydu křem ičitého {SíOJ , kt erá zlepšuje vlastnosti Obr.1.28a)&himatidui~1IaČka FET (. tradiblim z1IaČl!nim tranzisto ru (zmen šuje ka pacitu) v obvodech rlelttrod) • !ta1l(Í/rm Na s vysokou frekvencí (obr. 1.2& ). Určitou zvléšt.1tanálem P. b) Z)t'dnoduSt'ni nestí je FET s dvěma bázemi (DUAL GATE zapojrni FET St' spolt'Čnjm ~IOSFE1), používaný ve vysokofrekvenčních rmiwl"t'm (S), c) Značka MOS FET . !tanáJem Na P o~v~ech . Dvoubázové FE Ty vykazují výborne výsledky v obvodech směšovačů nebo vf zesilovačů [5] .

:r

fH.-C

~

Nevýhodou některých un ipolárních tranzistoni (MOS FET) je moinost ~nadného poškozeni elek trost a tic kým napětim . J e přítomné všude koe~ a provází předev ším plastové ma teriály. Někdy s tačí pouhý dotyk ruky s. OSFET nebo odložení tranzistoru na podložku z plastu, a pokud nemá

.,.--- -

F I>RIT o v A AN TF.NA

zkratované vývody, tranzistor se pošk odí. Prora zí se tenká vrstvička kYs~ níku . Proto pou žívá me výhradně objím ky a t ran zistory zas une me opatrná - Ine- na konec. n, az- up Vel mi rozšířené jsou výkonové FET, které slouž í ve spotřební elektron ' ke s pínání vel kýc h zátěží. Mají různé názvy podle výrobní technoloKli~~ D~f?S, ~fO~', S IPMOS , H ř:XFET, POWER.\fQS a dal ší. Předností je soka vetup n t Imp~dance a ž á d n é z by t k ové napětí v sep n u tém sta vu. ~v ~bvodu D-~), protože ne mají polovodičový přechod. Při sepnutí se vyzna. CUJI n:patrny~ odporem, úměrně k velikosti protékajícího proud u. Kva lit ní tranzistory prr proud u řádově desítky am pér, vykazují odpor řá dově setiny oh mu.

I;

~.ERIT~VÁ ~STÉSA patři mezi antény indukční (podobně jako rámová

zamerov~cI anténa). Vyznačuje se tím, že r eaguj e pouze n a rnagne t ie--

k~~ sl~,z~u_ e l~~ t~omag ne tického pole. Tím se liší od drátové antény,

p?!U~aJICl.~r;vazne elektrickou složku vlny. V roz hlasov}"ch přij ím ačích se

béme .~u~lVa pro .s t~ovlnné a dlouhovlnné p ásmo. Existu jí však feritové materiály I pro krá tk é vlny, případně pro vyšší pásma, zhruba do 70 ~lHz.

~nténu tvoři feri~vá .tyčka nebo trámeček, s cívkou umístěnou poblíž kraje (ob.r. 1.29). J e-li feritové anténa součástí vstupního laděného obvodu. d osahuje mnohem většího l's tup nih o napětí než běžné cívky. Drá tová antéma pa k není potřebn é . Pro středovlnný rozsah se používá fer it ~l n-Zn f~rit s permeabilitou 600 . Povrch tyčky má podé lné drážkování, L. kvůli zmenšení vířivých pro udů. Pro krátké vlny je vhodný materiál Ni-Zn s permeabilitou Obr. 1.29 Feritová anténa ~ skládá z feritotoiho 100 až 200.

~I---=':-­ J.,.naě

trámečku a /XMuuni kost,., s uinutim. L . indukčnost

S oso u magnet ick ého pole Wděniho ool.lfXiu, 4 - antemú uazebni tiinuti. přij ím a n é vlny musí sou h lasit o~~. .reri~ového t rámečku a ntény. V praxi to znamená nasta vit (natočit) pnnmac :a,k.. aby os a t rámeéku byla kolmo k vysíla éi. Pa k je velíkost n apett Ind ukované v anténní cí vce největší [ č ] . V opačném směru, tedy s anténou směřující k vysílači, vstupní signál zcela zmiz í. Přitom indikace tohoto směru je velmi "ost rá". J e zřej mé, ž e feritová anténa vykazuje dobré s měrové účinky.

40

-F

.

ER 1T OVA

, h

..;

FERITOVÁ JÁDRA

zho tovují z p r á škový ch fer itových mat eriál ů, • , . • • k éh I k = se vzacnyrru ze rm narm za vyso e o t a U . '- .rr-

JÁD RA Se pol ečně

slis~;:;~~ ,.železné" částečky jsou vzájemně odizolovány. J ádra se V}Tá · ~~ J , o ~:h tvarech a vypal ují při teplotě v rozmezí 1 100 až 1 400 -c.

běJl v ~z~~ rni vlastnostmi připomínají keramick é materiály. Obecně po~I~~aruc f:rity za magnetické, keramické, polykrystalick é lát ky. J sou ch a -

\'azuJe~,e k é vel~m měrným odp orem , v porovnání s kovovými magneraktens IC roJ tick\'1l1i látkami~ěkteré materiály ~:? v}'kon~vé _p?užit~ pracují ~ mezní~ ~mitOCt:em \tH V)iímečně i vyssun. Velka vetsma Jader se vsak pouzrva v kmite~ •. ' z. rozsahu do 200 k H z, a to převážně ve s pínanýc h zdrojích. Fu n gují ctO\em Vyz n acuj - --r ,se,ve Iv obvodech s tranzis~I}' (vý vy k o?ove- FET) , ~ Ie ,I- s tynstory. koll ú čínností p ří mal ých ~merech a mal e va ze. V tuu:~sku se vyrabl pro da né ůčelv feri tový materiál FO~OX H21. V podstatě Jde o manganatotinečnat\,'materiál ().1n-Zn) s velkou permeabilitou. vh odný pro výkonové použití. VysokofrekvenčJÚ feri ty (Ni-Zn), pro nevýkonové aplikace, vyhovuj í až do kmitočtu 200 :MH z. V}Tábějí se z nich jádra se závitem, do civek vf obvodů.

K nejdůležitěj ším param etrů m feritových m ateri álů patři počá teční p erm ea bilita Pi a magnetická indukce B . U indukce se udává jmenovitá hodnota a dále hodnota při nasyceni. K údaj ům patří i měrné ztráty pn jmenovité m kmitočtu s příslušnou ma gn etickou indukcí. Z materiálů FO~OX H21 (Pramet Šumperk) se vyrábí široký sortiment typů jader: Hrníčková iádra - malá rozptylová indukčnost a malá vlastní kapacita transformátoru . Pře nášený výkon od 5 do 480 W. Hodí se pro spínané zdr0je, impulsní transformátory, ..zapalovací" transform átory, a také pro baluny ve vysílací a přijímací technice. Jádra tvaru E, EF, EG ETD. RM. U. Ul - pro různ é typy t ransformátoru , s velmi rozdíln ými výkony, s horní hranici řá dově kilowatty. Throjdní kroužky s výhodnými vlastnostmi ve vf technice, pro odrušovac í tlumivky, širokopá smové vf t ransform átory atd. 'Ioroidy nemají ozd uc boL'OU mezeru. - na rozd íl od všech ostat ních typů , které se vyrábějí S mezerou (střední sloupek) i bez m ezery.

41

FI LT RACNI OBVOIlY

FREKVEN CE

F

~

ILTR ACN I O RVO DY slouž í nejča stěji v napájecích rozvodech s tej n osměr. né ho na pětí. Obecn ě pod pojmem filt r ace rozumím e zmenšení amplitud j akéhokoli v zvl ně ného p růběhu n a minimum. aby se nemoh l š~ a negativně působit. Týká se to hlavně střídavých signá lů, šířících se Po rozvodu napětí. K filtraci slouží integrační člen RC nebo Le. Kapa citní filtr us m ěrňovače se a) vyznačuje t ím, že v kl a dn é půlperi~ od ě s e kondenzátor C n abije na /' 1 """" m a xim á lní a mplitudu napájecího napětí, zmenšenou pouze o úbytek ; ! napětí na diodě nebo o dvojnásob. -1'-----'--- -'---- -'--- ...l._ _:..... -I ný úbytek u můst kového zapojení usměrňovače. Ma xim áln í hodnota RF napětí platí v případě, že není při- b) pojena zátěž Rz. Této hodnotě m usí odpovídat uvedené provozní napětí T1 T2 kondenzátoru. Maximá lní hodnot u spočítáme z efektivní hodnoty (změříme střídavým voltmetrem) podle vztahu: F

., .

=

··

..

·· ·'-

=

U nwt Ue(. ý2 Ue( . 1,414. V praxi hod noty Umu: usm ěrňovač nedosahuje kvůli při pojené zátěži , kt e rá trvale odebírá proud. J a kmile během pů lvl ny kl es ne oka mžitá hodnota napět í z usm ěrňovače pod úroveň stejnosměrného napětí kondenzátoru, dioda se ocit ne

c)

" Zl o~_

_

" -L__±__ .L__ o

-

~

Obr. 1.30 aj Kolíscini U$měrnbuUw liapětí u jednorestfliJw usmi,.,iaooót. b) Filt ract

- - : . . ka pacit ní (zdánlivý) odpor kondenzátoru men ši, a tí m sna d·.,.....,t t i m je ~ .J • ,t '·davá složka k ze mi. (ob r. 1. 3Ob). Tý k a' se to 1. nedostatecne něji pro] .~ s n pájecího napětí. za néšeiícího do obvodu brum. """hlazene o na hod " , . " • k ofrekyenčních obvodec se ~ , rozv , u .n~paJe ~t ca~teJ~ po~zlv.a ~ vysok}'ch k~itočtech. postaC:l na mls';ě tnd.~kcnost~ n~,k~hk .za· ~ clen . I srn feri tovéIDJá dru, případn ě samotny vodi č proch ázející feri teV1tŮ na ma iálem (perličkou). Induktivní odpo r je v obou případech dosta,,~·_rn.matelk~aCo se t}'ČC konde nzá to ru. již mal á ka pacita vytváří cestu pro teene ve y nikn k ' L< k Ok ' oč • .soké kmitočty, takže s na dno pro , ou . zemi . of so e ml t . ~,P~ filtra čn í élen nep roj~o~; '!e ?~tupD1ch ~ f~ltrec.h ~ uplat ňuj í VIce, __" ' LC členv nepropuste]tCl VYSSI harm onick é kmitočty, (obr. 1.3Oc). nal;UlJne "' krnt ....,.,~ . d

v

V "

."

"'1ih

ic

F

neboli kvantum světelné energie, představuje nepatrný zl" e lektromagnetické h o z á ř en í, pohybujíc í s e v d aném ml' tředi formou světla. En ergie fotónů se udá vá v jednotkách eleke v a je nepřímo úměrná..vlno~.é ~él~. ~stavujeme si. ~ zářící těleso neemituje světelnou energu SPOJIté, nybrz vysokou rychlosti v maI,Ul dávkách. t zv. kva ntech . - Světlo pova žujem e obecně za druh energie, získaný přeměnou z jiného druhu, napr. z e nergie tepelné, anebo přímo elektrické. Příkladem jsou injekční laser -diody a světelné diody (LED). Vztah pla tí i obráceně, tz n . dopadem ťot ón ů do okolí p řechodo l>é L'l"5t r.,' PN u hradlouých fotodiod k

TO:-;-

~nergie

r:;(.'Olt

vzniká fotoelektric k é napití.

F

REK YE S CE neboli kmitočet udává počet kmitů střídavého p ro u du za lednu sekundu. Mezi kmitočtem f a dobou jednoho km itu T pla tí jednoduchý vztah:

1

v závěrném smě ru . Tehdy proud do v rozV()(Íu napójeciho rwpětí mezi duěma zá těže dodá vá kondenzá tor. Naut;ilovadmi stupni fiJtrob,im éÚMm pětí na něm k lesá , dokud stou pající R~F' rJ Výstu p ni vf filt r , vicmósabným průběh kla dné pů l vlny znovu nedoLC členem. sáhne na pěťové ú rovn ě kondenz á t oru. Pak opět teče proud z us m ěrňovače a zároveň se nabíjí kon denzátor (obr. 1.3Oa).

Základn í jednot kou je 1 H z, tj . jeden kmit za se kund u. V praxi se pou žívají větší jednotky: = 1 000 Hz = 103 Hz kilohert z 1 kH z

Filt r a ce y ro Zvodu na páj ecího n apětí mezi zes ilovacími stupni nebo mezi jinými obvody, je vh odná vždy, když lze předpokládat vznik kl a d né zpětné va zby přes ro zvod napájení. RC čl en v napájecí větvi funguje ja ko doln ofrekvenční propust neboli hornofrekven čn í zádrž. Čím je časová kon stanta RC větší, t ím méně je filtrační člen pr opust nÝ pr o střídavé p rů běhy. J e to pochopitelné . protože střídavé napětí, které se vytvoří na odpo r u průtoke m pro ud u , kondenzá tor svede k zemi. Čím vyšší

megahertz 1 M Hz = 1 000 000 Hz = 106 Hz 1 G Hz 1 000 000 000 Hz 109 Hz gigahert z kS nejnižším i kmitočty se se t ká vá me v ele kt r oa kus t ice. Dolní hra n icí ! ust.ického pásma je zpr a vidla fre kvence f = 40 Hz a nejvyš ším k mito c~'.'"- f ~ 15 kHz. Nein iž ší využíva nou frekve ncí při p ř enosu ele ktromag:l!tIC y~D.1 vlnami je f = 150 kHz. Hor ní kmitočtová h ra nice není omezena v soucasnosti se poh ybu je řá dově v desítkách gigaherz (GH z).

42

f= -

T

[Hz. sl

T=

...!. f

=

Is. Hz}

=

t:

43

F YZIOLOG icKÁ REGULACE

G ENERÁTO R NIZKOF REKVENÚNI

"D I 'YZIO LO Gl C KÁ REG UL ACE hlasitos ti je regulace km itočtově závislá.----P ii nižší n a stavené úrovn i zdů raz ň uje h luboké. příp . i vysoké tóny. C·. lem je, aby při tiché m poslechu byl subjektivní dojem stejný, jako pfi vy~ h lasitosti. Rozum í se tím, že poměr amplitud jednotlivých frekvencí VJÚJná. me stejně. jako před zeslabením. Při malé hlasitosti. nastavené prostře~j. nictvim obyčejného potenciometru. tomu tak neni. S běžným potenciometrem. tj. bez odbočky a připojeného RC obvodu. budOll pn snížené hl asitosti subjektivně potlačeny. anebo budou zcela chybet . hlu boké. případně vysoké tóny. Příčinou tohoto jevu je kmitočtově a Úrov.ň!:!:. yě záyislá citlivost lidsk ého slychu [2]. Znamená to, že různé kmitočty piiji_ má ucho různě hlasité . Nejcitlivěji vn ímáme kmi, točty v okolí tří až tt}Ť kilohertz, nejméně hlasité kmitočty na dolním kraji a kustického pásma • e (m ě n í se s vě ke m). Principielní zapojení fyziologické regulace je na obr. 1.3 1. Seriový RC člen u • • • odbočky odporové dráhy se uplatní teprve v situ20 ' 210 aci, když běžce m potenciometru nasta v-íme ní zkou úroveň signálu. Fu nkce RC členu u odbočky potenciometru: Obr. 1.3 1 a) Jednoduchá Pro nízké kmitočty se nijak neuplatňuje, pro- Iyzwlogkká regulace hlaRitm· ti. b) regulátor /I dcéma RC tože jeh o impedance je příliš vysoká. Potencio- tkny pro zduruzm'ni hloubeJt metr tedy reguluje normá l ně. i vjšek. Pro vyšší kmitočty působí RC člen jako bočník k dolní části odporové dráhy. Snižuje úroveň střed ních a vyšších kmitočtů . odvádí je krátkou cestou k zemi. Tím se stane. že nižší kmitočty V)'s t upují 8 L'Yšší úrovní, ale slyšíme je stejně hl asité , ja ko střední a vyšší kmitočty. Fyziologická regulace s jedním RC členem (obr. 1.31a) není zdaleka dokonala. Většinou je zapotřebí dvou kmitočtově závislých členů, protože podobné obtíže se projevuji i u vysokých kmitočtů. Odporová dráha má dvě odbočky (obr. 1.31b) čí mi umožní kompenzaci poklesu nízkých i vJ5O"

.

•

kých

•

kmitočtů.

ATE [gejtJ je řídicí elektroda. nazývaná rovněž hradlem . Činností odpovídá své mu n ázvu, funguje jako vstup ní b rá n a . Nachází se u unipolérních tranzistorů F ET a rovněž u tyristorů (obr. 1.32). Vst upn ím stHdav)'iY\ na pětí m na G (proti elektrodě S) reguluje velikost protékajícího proudu tra n' zistoru F ET [I ]. Přitom G má mírné záporné předpětí prostřednictvím kladněj ší elektrody S, na které vzniká napětí průtokem proudu rezistorem Rs· U tyristoru stačí na G pouhý napét'ový im pu ls , aby uved l tyristor do t rvale propustného stavu [4].

G

TO R s fZ KOI;R E KVE NCs t , obvyk' . G-Es. ERÁito .. vzn ikne p ů sobením klad-

HC gcnera " nf a) . -aeby z vj 'stupu na vst u p il • Z • . ,pětne " ne .' u . kde d ochá zí k , zesl e m . ~ ~o: ob" od ..' ál musí pn chazet ve shodne fá zi V8ze~nt ~~ signálem. tj . s fózovým posuu. se \":>~? n ebo 3600 • ~tožností. jak.dosábl-~m hodné fáze mezi vst upem a výstupem nou\~ _ da U jednostupňového zesilovače "" '\' a .~zv · T-článek složený z RC členů [1]. b) pes OUZI · . bodn e . ' I kd J~ou možnost poskytUJe.v Y ct~TpO, • .e k posuvu fáze je potřeb,ny d~ust,u~,no~ ze~I' A lcva č . Vazební členy zaro ven urcujt kmitočet G 56 " generátoru (sinusového). Na obr. 1.33 je principiální za pojení generátoru s Wienovým m ů stkem . čle nem. Pro neJ je typické, že v jedné větvi můstku se na- Obr. 1.32 aj U tratuistarú ř1'.7' S€ cházi seri opý RC člen spo le čn ě s p aralel- napětím ml VlItupní elekt rrxil G, přes I.IťUební kondenzritor C.. mění nim R C č lenem - stejných hodnot. uelikost protékajícího pro udu obvode m D·S. b) KWdn ý m V podstat ě jde o dvou s tu p ň ový ze sil ov ač 6 kladnou zpětnou vazbou přes zmiňovaný člen impulsem na w;tupn í elektrodě G w tyristor trlKJle IU'prte. čt ŤpÓ1). Můstkem projde s malým útlumem peuee jediný kmitočet . Shodnou fáz i (O" nebo 360") vykazuje signál na výstupu pnmo vázané dvojice tran zi storů (posun 2 x 180" ). Pro nezkreslený sinuprůběh se předpokládá co nejmenší výst upní odpor (za T2 se připoj í torový sledovač) a co největší vstupní odpor. Kvůli zachování stálé amplitudy le

.. ". """

'"

,

a

kmitů kvůli r--f=~~-f=~l~ +

pních sinusových -.zení zesíleni dvoustupňového zeseče. se zavádí střídavá záporná zpětn8 vazba. Vede z výstupu druhou v~tví můstku. a to přes teplotně záViSly cdpor , termistor ~ . k e mitoru Tl. Zvětší-li se amplitu da kmitu na kolektoru 1'2. zvětší se proud l'.petnovazební větví. Termistor reaguJe ~enšením odporu a proud větví 8e)t'ste ZVětší. Na OOTV>"" RL' a tedy' I na ' ...~~ r.' bá . ~~ ltoru , stoupne napětí proti tf ~~1 l~ se rozdíl obou napětí zmcnt":"~ ensim vněj ším napětím B-E se '''uZll;1or

Tl

přivírá .

'0 C

'II gl'1Wrátoru HUrtovým členem. KWd ná zpětná vazba do báze Tl se zavád í od dvojitrho R C t /enu. K »ápomě zpětné vazbě na Rl; dochází průtokem proudu druhou lHtuí přes Rf'

Obr. J.33 Princip iál ní tapQjení 5

L+-",~

po

G ENERÁTOR VYSOKOFREKVENCsl

H LAVA

RC generátorů je více typů . Kromě generátorů sinusového průběhu exia. tuje celá rada jiných generátorů, např. s obdélníkovým průběhem (1]. Nut. no podotknout, že i obyčejný zesilovač m ůže začít generovat kmity, k naší velké nelibosti. Potřebné natočení fáze vzniká samovolně v různ ých obvodech zesilovače. Kmitočet je proto velmi rozdílný a m ůže spadat do širokého s pe kt ra - od subakustických (motorování zesilovače) až po vysokofrekven č . ní kmitání. G ENERÁTOR vYSOKOFRE KHsC st , častěji označovan ý jako vy sokofrekvenční oscilátor, je v podstatě vf zesilovač, jehož kladná zpětná vazba př ekročila určitou kritickou mez. Vypus t íme-li případy s občasným a ne žádoucím kmitáním vf zesilovače, pak skutečný vf generátor se neobe. jde bez selekti vniho členu, obvykle rezonančního obvodu. PH vhodném propojeni výstupu se vstupem apn shodné fázi, vzniknou vlastní kmity. O frekvenci oscil átoru rozhoduje indukčnost a kapacita LC členu . Stejnou funkci zastane křemenný výbrus (krystal, quarz), vyznačuj ící se vlastnostmi rezo.. nan č ního obvodu. Proti běžnému LC obvodu k řem e n ný výbrus vykazuje vysokou stabilitu km i točtu. Na obr. 1.34a je zákla dn í zapo jení Cla ppova oscil átoru s proudovou kap acitní vazbou. J ako selektivní č len tu funguje seriový LC obvod, s paralelně připojeným kapacitním děličem C l.C2. Velikostí kap acit děliče a jejich vzáje mným poměrem se řídí n asa zení a fungov ání zpětné vazby [5J.

+

aj

R, Ce1:) n

C3

0 rlf-+---r+l ~

c

C.

L R2

JO

x-tel

J:1lln

1l k

'"

bj

+ Rl

TI

-

6ro

Obr; 1.34 aj Základní mpoje1ÚCfappoua f.JIJCildroru _ proudouou kapacit1Úvazbou. bJ Základní zapojení Pi.rcrooo OflCilátoru říuniho kry6laUm .

Na obr. l.34b je základní zapojení Pierceova oscilátoru, řízeného krystalový m výbrusem. Vazební č le n . krystal - zprostředkuje vazbu mez i výstupe m a vstupem tranzistoru. Krystal zde kmitá v pa ral elní rezo nanci [5] . Nasa zení oscilací ovlivň uje vstupní kapacita Cl a výstupní kapacita CZ, C3. Kapacita C3 je velká , tak že její kapacitní odpor se při vlast ní činnosti oscilátor u ne uplat ní. Kapacitní dělič slouží k odvedení výstu pního signálu z kolek toru tranzistoru.

MAGNETOFONOVÁ

- G ENERÁTOR ZÁZNt.l lOVY se pou žívá u s uperhetu k detekci signálu Al. Zjednodušeně řečeno, sa motná nosná vln a. při provozu Al přerušo­ vaná . se při detekci nijak akusticky neprojevuje. Potřebujeme proto j eště jeden vf signál. jehož kmitočet se od mezifrekvenéního liši o 600 až 1 ()()() Hz. Vyrobíjej místní oscilátor. nazývaný záznějivým generátorem, Ve směšova­ či. nebo na samotné diodě oba vfsignály inte rferuji . (viz Inte rfere nce). Rozdílo\')' km itočet spadá do akustického pá sma, a jeho prostřednictvím nosnou vln u "uslyšíme", J a ko záznějiv}' generátor poslou ží jakýkoliv vf oe:;t;ilátor. H LAVA MAG:"iETOFOSo vA může být záznamová . snímací (kombinovaná) nebo ma zací. Tvoří ji zvláštní tvar e lektromagnetu. jehož oba póly jsou těsně II se b e , takže vytvoří úzkou štěrb inu. Hla va se skládá z cívky a

-

magneticky měkkého jádra, s úzkou hyetereznt 1 smyčkou - (viz Hystere ze). Mazací hlava má jin é t==~:;;~;;;===j

jádro - z feritového materiálu. Pracuje s VYš' ším k m itočtem , tj. nad akustickým pásmem. 3 Magnetofonová hlava funguje na jednoduchém principu (obr. 1.35). Prcch ézi-li cívkou střídavý proud. zmagnetuje hl ava část nosiče . pásku, posunujícího se před záz namovou štěr­ binou. Hlava pracuje i opačně: magn etické pole 4 pásku , pohybující se těsně u štěrbiny. indukuje v cívce střídavé napětí . Obojí funkci vyhoví Obr: 1.35 MCJ{fMk)/on,oOO hlava stejná hlava, tzv. kombinova ná. Pásek ptedsta- _pW,Wm fK*JUuajídm w po

vuje mag1U!ticky ak tivní záznamni materiál. uchovávající trvale magnetické změny. Vlastně se na něm fonnuje souvislá řada nepatrných elementárních magnetů různ é sny a různ ě orientace.

štirbilll.: I . ~ pósd. 2 - ailnom1ÚštirbUla, 3 - jódro z ~tklry rnikkiho matniólu. 4 · vinuti civIry.

~fagnetofonová hlava pracuje v několika režimec h:

~am; Cívkou prochází proud zesilovače. takže ve štěrbině mezi póly ~ru~ ~ilné.elektromagnetické pole. Štěrbina je kolmá k podélné ose pásku. pres ID klouže stálou rych lostí. Protože ma teriál pásku má větší permeB il.ltu než vzduchová štěrbina, přejímá větší část magnet ickéh o toku. Mag~tu:kým tokem v prostoru štérbiny se pásek zmagnetuje, tj. vytvoří amiůova­ ne elementární magnety. Zůstává trvale magnetický (remane nt ní).

:r:r

p HLO UBKA lIW UU LA{;F.

HYSTERE ZE

Aby e éena m neby l zkreslený, společně s nízkofrekvenčním záznamový m proudem prochází i vysokofrekvenční piedm agneu eačrd proud z mazacího generátoru (přibl. f= 60 k Hz). Obalová křivka složené ho průběh u pak vení. ká na lineárních částech dynamické charakteristiky Vysokofrekvenční složka ihned za nikne. a le zázna mový nf signál zůstává a nevykazuje zkreslení. Snímání: Pásek s magnetickým záznamem se posunuje stá lou rychlostí . jako pii záznamu- po štěrbině hlavy. Ma gnetick ý tok jednotlivých elemen. térních m agnetů se uzavírá přes póly štěrbiny a každé magnetiť:ké pole na pásku při svém fXJhybu indukuje napětí v cívce . Následuje zesílení a korek č­ ní obvody kmitočtově upraví signál na původní průběh . Mazá ní: Z mazacího generátoru se přivádí vf signál do samostatné hlavy, po které klouže pásek. V prostoru štěrbiny se materiál pásku přemagneto. vává střídavým proudem až do nasycení, aby následně intenzita magnetic. kého pole slábla, jak se pá sek vzdaluje od štěrbiny. Původní záznam přitom zcela zmizi. Mazací hlava se instaluje před záznamovou (kombinovanou) hlavou, takže před novým záznamem maže starý záznam. H

LO UBKA MOD ULACE · viz

11; É KRYSTALY tvoří zák ladní materiál k výrobě zobrazovacích jedn~tek LCD (Liquid crystal diode). Kapalné kry sta ly se za normálních pod. ~tnek. c?ovají jako opticky čiré prostředí. Působením e lek t r ick éh o pole hazl k orie nta ci částic a prostřed í ztmavn e . Vše se vrátí zpět, jak. ~I e pole zmizí. K vytvoření elektrického pole slouží střídavé napětí, protoZl! stejnosměrné pole výrazně zkracuje životnost kapalných krystalů. m V P~cipu se zobrazovací jednotka skládá ze dvou skleně ných destiček, v~~ nun iž jsou kapalné krystaly. Přední destička má napařenou průhlednou t~:(lU vrstvu s kres?,>u displeje. Druhá ~L'S!ič~a f~nguj~j.ako.sf?Oleč?-á.elek­ Illent~ Z obo~ ~tran. Jsou ~alcpeny, polanza.c m róh.e, kvuh ZVl.~ltelne~1 segnebo od Hor~ Je průhledná. spodní bud průhledn é (pro spodní prosvě tlení) rázná (pro světlo shora). Uzké p řívody jsou napařené na skle.

'7

KLOPNÝ OBVOD ASTABlLr-ot Kro mě způso bu čin nos ti se prvky LCD uýraznŘ liší od starších LED hlav. ně spotřebou, která je u LCD nepatrná. Na jed en segment připadá přibližně

0,1 J.Ú\, zatímco u LED je obvy klých 20 mA, tedy proud o několik řádů vyšší. Nevýhodou LCD je nez byt ná přítom rwst světla . Buď okolního, pak se odráží od spodní reflexn í folie, ane bo z pomocného zdroje , kte rým se displej prosvěcuje zezadu. K LO P S Ý OBV OD ASTABILSt někdy nazýv ám e multivibrátore m. J e to druh generátoru, který generuje trvalé kmity nezávisle n a vn~jš irn v livu . J e však možné ho synchronizovat. Na výstupu dává souvislý sled přibližně pra voúhlých impulsů, s proměnnou střídou. Základni zapojení uka. zuje obr. 1.45. Podmínkou k rozkmitání obvodu je kIadná zpětná rozba, vedená z výstupu na ustup prostřednictvím kondenzátoru · platí pro oba tranzistory. Z podstaty zapojení dále vypl}....é , že je-li jeden tranzistor otevřený, dru. h ý je zavřený. Otevře ný tranzistor má napětí na kolektoru zcela nepatrné, takže kolek tor mů že me považovat za propojený se záporným pólem zdroje. U zavřeného tranzistoru. je napětí kolek toru stejné jako napětí zdroje.

---.-----,,--- --0 +

!Vpis čin nosti vych ází ze si tu. ft T2 zavřen. Kondenzá to r CZ je j ešt ě R3 21AAtana R C tknu.

proud. a tak é růst magnetických siločar kolem cívky se zastavil.. Ma gnetické pole od tohoto okamžiku začalo slábnou t, v důsledku postupného zániku siloCar. J inak řečeno, siločáry se chovají podobně jako při svém vzniku. jenže pohyb se děje opačným směrem a množství se zme nšuje . Podstatné však je, Ze zpětný pohyb siločar znovu indukuje napětí v cívce • (viz Transfonnace). Polarita indukovaného napětí je nyní opačná, což ovšem nebrání tomu,

aby se kon denzátor znovu zaéal nabíjet - s opačnou polaritou neě bylo p ůvod­ ni! (obr. 1.49a ). Kdyi m a gn etické pole úplně zm izí, místo něj je tu elektrické pole kondenzátoru (obr, 1.49b). Pr0tcée je na kondenzáto ru napětí, :zno.. ~ \"\1 poteče proud. Přelévání elektro-

,- '

nů se opakuje, jen s tím rozdílem,

•

. Oscilační obvody s kmitočty ř á de­ v~ stovk y megaherz neobsahují tra . ďléní " t ky, t j." CIV ' k Y a k onden, soucas l.a.tory. Konstru ují se formou rezon á~rů, což je malý kousek vodiče v uzavrené bk m vo d ilve, m prostor u , ~ !opujícím vodič [5J. Princip kmini se však nemění.

. '-

Obr. 1.480) Vzn ik ekktrické/w pok. b) .unenJovóni ekklrického po k a rúst magne ticki /W pole, d zánik f'k ktrické/w pole, ma%im ólni magne ticki pole.

ném kmitání. Podrobněji vprarnenu [5] .

62

[)J-rw .

že

proud teče opačným směrem (obr, 1 49c). Kdy by neb ylo ztrát, přelévá ní . kmitání proudu by stále pokračova­ 10. Ve skutečnosti se a mplit uda kmitů zmenšuje, takže hovoříme o tl ume-

,

s

OJ e€) - I

~

~

,

OJ 1-

+ ní zřeteln ě vidět nebo je R, patrn)"pouze jeden z nich. Voblasti nízkých kmitečtů mají na přenos signálu _ oHlcl:"f.f:. vliv před evším vazeb ní čle"0. • • C. nyCR(obr. L51a), při če m ž , ,, ,• k~RtJ ~ počitá i vstup' e. . R, ní odpor tranzistoru. CR člen se choOO jako kmiločfD.. ol ~ li2rivislý dělié na oor. L51b. Obr. 1.510) \.bztob1Ú tlen CR tl bázi tr01lmwru o R C clen Podobně i paralelní RC člen /I obvodu em itoru tli uyVlafuji k m itočwlIOu zriuis/oslí. v ~u emitoru se projeví b) Náhrodní wpoje1Ú vazeb 1Úho tknu CR II bázi traneistonaPrenášenémsignálu- vlíru, K odporu R u potilá i ll~ tupní odpor trcuuistoru. Vetu km it očt ov ě závislé P~dové seriové zpětné vazby. Kmitočtová závislost se neuplatní, kdyi kondeneatoe v obvodu emitoru bude mít velkou kapacitu.

J

je V ~bl~sti vys?kých kmitočtů se projevuj í těžko postižitelné vlivy a vz ái,:n. Pů sobeni. Týká se to především parazitních kapacit, kromě jin éh o ~t ~zlele~ttodových kapacit t ranzistoru. Důležitou veličinou je mezní km itokl'ét ~nzlstoru fT, rozhodující o vhodn osti či nevhodn osti t ranzistoru v konfilm vysokofrekvenčním obvodu.

_------------~K~O~M~P~E2-N~ZA :'::Oci~,- I~STUPNf HO D~LttE

KOLE KTOR

+u

· U" I

U••l

-U"trt)Uto/

-u.",

I -u

-u

bl 1.53a) ZákIodni U1po/~~i komparólo~ 'opt~"im ~m. V" up", ~í . . MOO Júaá o porot'lIalXJ sr. ref~re1lélllm 1\.afW'I".. IW druhém VIltupU. b) PřrtJodrn ,wu.pt1 charokteristika komparó1Dru no ~liJu»li w luptUho napiti. ()br.

aj

RC

I ;:; ;;

b)

UcE I •

.

> i :::t

le Obr. 1.52 0) MaJj"..u Irok~"..u p.--du odpovídá malý úbytd: ~í no procoo'Úm odpcKu Ra b) při velkim IrokklonJvim proodu ~ veUci nopití no Rc-

KO~ PA RATO Rl'

jsou elektrické obvody. kte ré porovnávají hodnot)" dvou stejnosmě r ných napětí (proudu ), př i če mž shodu sledovaných hodnot vyjadřuji změnou stavu nebo elektrickým im pulse m. Pro S\,,* citl ivost na vstupní signály a rovněž pro rych lost reakce, se uplatňuj í v mnoha elektrických obvodech. Kom parátorů exis tuje více typů a liš í se principem či n nosti i variantarm je dnotl ivýc h zapojení. Pokud nepoužijeme přímo integrovaný obvod. nejsna dnějš í za poje n í komparátoru umožňuje operační zesilova č [3J, kte.ry v tom to p řípad ě pracuje bez zpětné vazby, tedy s maxim áln ím zesíler ne a s minimálními hodnotami korekčních prvků. Základní zapojení kompars' toru s operačním ze sil ovačem je na obr. 1.53a. Činn ost komparátoru: Jeden vstup (neinvertující) je připoj en k referenč· nímu napětí U ref• nastavenému na úroveň. již chceme sledovat. K druhé m~ (in vertujícímu) vstupu se přivádí sledované napětí U v•t • s ni žší počáteč nl úrovní než U rer. Na výst upu operačního zesilovače se nachá zí n apětí U..,c' což je kladné sat urační n apětí operačního zesilovače.

.wvUi

Sledované napětí U_ stoupá a jakmile nepatrně přesáhne úroveň UIÚ' kompará tor se pře~opí, ~ ', změní . stav ~.H ~a L.. Jinak ~no, v)'s~upní n8petí U.t okamžitě zrnem polari~u. pncemz ope t dosahuJ~ sat~r:acn~o nepěr í. tentokrát se zápornou polantou (obr. 1.53b). Klesne-h napeti na~· \-ertujícím vstupu, komparátor se překlopí do pů vodníh o stavu (H). Na oelikosti vstupního napěti zá visí polarita výstup ního napětí. Výs tupním napě­ bm U. I se ovládají další obvody. V praxi se často integruje skupina komparóU>nj s odstupňovaným reťe­ rerčnim napětím . Spínají postupn ě , ja k sledované napětí stoupá n ebo klesá. Jedná se o tzv. budiče LED [4], což jsou integrované obvody. určené k indikaci úrovně napětí (viz Budič LED) . Slouží jako VU-metry v přijímačích. zesilovačk:b atd . Referenč ní napětí může být odstupňoooni lineárně nebo logaritm icky . V)"·,;tupní napětí každého komparátoru v integrovaném obvodu ovládá jednu LED, která se rozs vítí nebo zhasn e. Často jsou ledky seřazeny do pásků , Jejichž délka odpovídá oka mžité úrovni napětí. Změnu stavu indikují bez setrva čnosti, takže spolehlivě zobraz í i šp ičková napětí.

KO~IPESZACE VSTUPStHO ntLlCE u střídav ého elektronického voltmetru Imilívclt met ru) nebo osciloskopu je potřebná , mej í-li naměřené hodnoty v nizkofrekvenčních obvodech odpovídat skutečnosti. V obvodec h s vysokou l'rekvencí je vstupní dělič bez kompenzace nemyslitelný. Vinou malých parazitnieh kap acit , projevujících se jednak u součástek a v okolí odporového d~liče. jedna k u samotného přepínače, ale především vstupní kapacitou ze ~1.lolXlée, .OU? zcela zpochybní činnost odporového děliče. Kompenzací se s n allln e d osá h n ou t, aby naměřené hodnoty stř -i davě ho napětí odpovídaly skutečnosti. Problematiku zjednodušíme a ponecháme stranou všechny vlivy, kromě vstupní kapacity zesilovače.

'P K OMPE NZACE vSTU PNt HO ntuCE

K OMP F.S ZACI-: VSTOPNI HO DtU CE

R,

CI

R2

RJ R4

C2

NZ

I Obr. 1.55 ZpůlIOb zapojeni listupní části miřidla, jeluJž každá poloha pfep (7UJČe má lJias lni odporový dilit kmi točfově iwmpetW>txm j : RI ,CI . R2,C2. NZ fr! 'WpeWvý usilQooč.

K O:lot l' LU I ENTÁRNI DVOJ ICE

přesněji proudově kompenzova ná tlumiv.

K

O MP ENZO VANÁ TL UM IVKA , se vyz nač uje vy so k o u o d o l n ost í

p ro t i p ře syce n í j á d r a . Týká se to hlavně toro idníc h feritových jader, která vykazují vyso kou permeabilit u a dobře se hodí do odrušovacích č le nů . Toroidy se však nevyrábějí se vedu . ch ovou mezerou, z pra kti ckých důvodů to není dost dobře možné. ,Jádro Se snadno přesytí, pokud vinutím teče velký proud. Pak výrazně klesne in dukč nost tlumivky, vinou snížené permeability jádra. L1 Zmín ěn ý nedostatek odstraní vhodné :::... za poje ní dvou vinutí na toroidním jádru. Vtip spočívá v to m, že se cívky za pojí tak. _ ..ti 220 v aby jejich magnetický tok, vyvolaný p rot é. kajícím proudem, se vzájem né kompenso~ val (zrušil). Vyžaduje to zapojit vinutí ..proti sobě" (obr. 1.500.). Potom se magnetické ol účinky v jádře vyrovnávají a tlumivka vy Ll kazuje pouze malou rozptylovou induk č ­ nost . Pro rozdílné proudy, vznikající pri 220 V asymet rickém rušení, představuje velkou 12 1\7\ 21( ..L .c'\ indukčnost . Proto vystačí s malým feri teW "'o vtým jádrem i při poměrně velké m proudo vém zatížení [4]. Skutečné zapojení bl proudově kompenzované tlumivky v odruObr. 1.56 aj KomptnzJ:Jbtí tlu mi vko šovacím členu ukazuje obr. 1.5Gb. Konden, duima virwlimi IW toroidním jódit. zátor třídy X je bezindukčn í s velkou zupo~njmip rol.l 1Obi. b) Ztíklodni napěťovou pevností, třída Y vyžaduje zapo~ni od~ činu" "zvláště vysokou elektrickou pevnost". , proudooě kompttLaloonou !ll.lmil.'/rou. ka,

~~,,~

'"

1

T''''T

K O M P LE ME NTÁRs t DvO"l lCE tranzistorů se označuje také jako dopl ň­ ková. Rozumí se tím , že v konkrétním obvodě pra c uj í spo l e čn ě t r a nzisto ry o bou vod ivost í. ted y NPN a PNP. Skutečností je, že v mnoha běžných zapoj eních lze jeden z dvojice tranzistoru stejné vodivosti nahradit typem s opač nou vodivostí. V ýsledkem bývá ekonomičtější řešení v počtu součástek , zlepšení účinnosti a funkční spolehlivosti obvodu. Patrně nejča stěj ší použití nacházejí komplementární tranzistory u výkonových zesilovačů (obr. 1.57). Dvojčinný koncový stupeň s komplementárními tranzistory vznikne jednodu še s ériovým zapojením tranzistorů obou vodivo stí. Výhodnost takového spojení spočívá v tom, že neni třeba obra cet fázi vstupního sig nálu (druhé půlvlny) pro druhý tran zisto r . odpadá Fázový invertor. Pod mínkou je, ab y oba tranzistory měly shodné parametry, přede ­ vším stejný zesilovací čini te l h 21.. v celém rozsahu proudového zatížení. Tedy stejné podmínky, jako u běžné párované dvojice.

72

- -

- - --

-

r---~+

aj ~

-

c

"

-

-

-

K OMUTACNf OBVOD --"""=-'-'--""=

bJ

T2

"

Obr. 1.57 Základní zapojení d oop nniho Itomph~nlárního .tllplll: aJ ' kapacitní vaz~ zátih, b) přiT1liÍ vazba zátěú . rwpájtllím ol: dilntiJw :dro~.

Koncový zesilovač s komplementární dvojicí pracuje tak, že přichází-li na vstup signál s kladrwu půlvlnou, reaguje (otevírá se) tranzistor Tl oodi(.()Sti NPN. Tranzistor T2 s opačnou vodivostí je uzavřen. Při záporné půlvl­ ni se naopak otevře T2 oodilJOSti PNP, přičemž Tl na zápornou půlvlnu nerea guje. Zátěž Rz se připojí buď kapacitní vazbou, jestliže se koncová dvojice napájí z jednoho zdroje (obr. 1.57a) nebo přímou vazbou, jestliže je zdroj dělen}' (obr. 1.57b). Stej ně jako samotné tranzistory ~N a PXP, vyrábějí se i Darlingtonovy dvojice NP~ a p~ Vnitřek pouzdra obsahuje ještě dva stabilizační rezistory' (viz Darlingtonova dvojice).

K m lUn .CS I OBVOD vnímáme v souvislosti s tyristorem. Vyznačuje se tím, že v obvodu stejnosměrného vy h laze n éh o proudu d o káže t yr-istor vypnout (rozepnout). Tyristor totiž nepřestane vést, když řídicí proud Icklesne na nulu. U te pavého stejnosměrného proudu problém s rozpínáním odpadá , protože k vypnutí dochází sa močinně a pravidel ně. Ka ždou pů lperiodu průběh napětí prochází nulou a tyristor vypne. Naproti tomu pii napájení z baterie teče proud nepřetrěítě a r---....,...~ + rozhodně ne klesá k nule.

J ednoduch ý komutační obvod s pomocn ým ty, Rz ristore m ukazuje obr. 1.58. Komutační obvod, který má zařídit rozepnutí tyristoru Tyl, je sestaven Ty1 z někol ika málo součá stek . Patří k nim druhý tyristor Ty2 ma lého výkon u, dále re zistor Rl a kondenzátor C.

Činnost komutačního obvodu: Hlavní tyri stor 'ryl je připraven uzavřít obvod stejnosměrného VYhlazeného proudu se zátěží R; Když se na okamžik dost ane ke vstupní elektrodě Ty I kladný

.,

C

~+

Ty' .fl..;

Obr. 1.58 Komlltační obvod , pomocným tyri8wrem 1Y2, p ro nnpinánl hlcumiho obvodll. Konde ruátor C střídá potaruu IWpéti při každé změně vodi lJ

U

napětí

se

sčítají.

Samozřejmě

záleží na zatíženi zdroje, jak velké napětí se udrii na uýstll. pu, Napětov ě musí kondenzátory vyhovat pro maximální hodnotu PCldle vztahu Um = U . 1,414. Nestačí-li napětí ze zdvojovače, vícenásobné zvýšení umožní násobič napětí z obr. 1.7Gb. Pracuje s jednocestnými usměrňovači, ha rozdll od tzv. celovlnného násobiče z předchozího zapojení. V}"·sledné na. pěr í je proto velmi ..měkké".

01

A

=?,• Cl '-B

~? o)

+

G "" Giga ~1 "" "lega k "" kilo

e

rn=m

ili

p "" mikrc

n "" nano p =piko

(biliontý násobek) (miliardový násobek) (miliontý násobek) (tisícinásobek)

NÁS OBKY

(tisícina)

10. 3

(milióntina) (miliardina) (bilióntina)

10'

ZLOMKY

10. 9 10,12

Pri převá dění jednotek je třeba dávat velký pozor, protože chyba v řádu wehodnotí činnost celého obvodu. Spolehnout se můžeme pouze na předpo­ ny (jejich mačem) a číselné vyjádření řádů. Slovní vyjadřování (v závorkách) není u vysokých řádů jednotné.

N

=?,• C2 bl

Obr. 1.76 aj Zduojouat napiti B kowrr.záúJry zapofrnými do serV. b) NálIobit nupéti . jedrtOCf!stnými usminiooo.:l.

Obecně platí, že násobiče napětí se hodí především pro velmi malýodběr proudu. protože výstupn í napětí se zatížením výrazně klesá. Dobře se

uplatní v osciloskopech, kde obrazovka pracuje s napětím větším než 1 kV. a le i v dalších přístrojíchči zařízeních (ioniz á tory. filtrace prachových čás­ tic vzduchu atd.). A S OBK Y A Z L O M K Y JED SOTEK používáme v sit uaci, kdy základní jed~ notky jsou příliš malé ne bo naopak příliš velké . Násobky i zlomky jednote mají m ez i národně zavedené předpony. Podl e vel ikos ti rozlišujeme:

N

T "" 'Iera

EOT RALI ZACE ve vysokofrekvenčních obvodech má zamezit vz n iku kladné zpětn é vazby, a tím n estab tlit ě , p řípadn ě rozkmítání zesílo\'aČe. Vazba může vzniknout s přispěním parazitní kaparily mezi kolektorem a bází t ra nzistoru. Zesílené napětí se vrací z výstupního obvodu kolektoru ve fázi zpět na vstup - k bázi. Čím vyšší frekvence, tím menší kapacita fXJ6taéi ke vzniku kladné zpětné ua.zby.1toderní vysokofrekvenčnítranzistory vykazují pouze nepatrnou kapacitu na přechodu kolektor-báze. Přesto u výkonových vf t ran zistoru k takové situaci může dojít. Xeutralizaci rozumíme opatření, pri kterém vf napětí, jež proniklo Mjakým způso­ Cn bemz výstupu na vstup ve shodné kui; hom.-=-~ ,, PVlzujeme pomocným napětím,přivedeným r:=ll4:(rr::l.~ť na lJStup s opočnou kui. Ná zorně to u kazuje l1;obr. l.7i, kde neutrnlizačnÍ LC člen viční napě tí zdroje.

kte rý na rozdll od

běžného diagramu

nevyjadřuje vztah pouze mezi dvěma veličinami. Zpravi dla nahr a zuje ře­ še n í část i rovn ice, tedy složitějšího vzta hu a slouží k ry chlému zj iš t ě­ n í a přímému od e čtu j edné nebo v íce neznámých ve ličin. Tak např.

pomocí nomogramu dokážem e vyjá dřit u zesilovače napěťové či vý kono vé poměry logaritmickou jedno tkou. zvanou decibel (obr. 1.18). Obvykle k výpočt u používáme kalkulá tor a dosazujeme ú daje do přís lušn ého vzorce. Kalku látor a le nemu sí být vždy po ruce nebo v pro vozuschopném sta vu . Pak se hodí zmiňovaný nomogra m, kde snadno převedeme na decibe ly jak zesílení ta k i výkon. Nejsou vzácností nomogr amy se třemi veličinami na svislých osác h, např. pro C (p F), f (M Hz), a L ÚlH). V ta kovém případě nomogram slouží při navr hová ní rezonančního obvodu . Pře hl e dně pos kyt uje různé hodnoty indukčností a kapacit p ro konkré tní fre kvenci, tedy při různém pom ěru L / C. Mn ožství variant se zjistí pouhý m oedenim přím ky, pro tinajici zmíněné osy, ja k je vidět z obr. 1.79. V tomto konkrétním případě sej edná o frekvenci 27 MHz. když navin utá cív ka má i nduk čn o st 3 ,5 ~ H (osa vpravo) a hledá se 102

NP N

----., c

,

""..."

......,

.

es

.

, O' MO

,

.."

"O

JO

M

" •• ,

~- -

,

, , •• ...• ••

, , • •• " ----- ---------... --- ----""

.--

.....

....... ..

'" , "~

p"

.

'"" "M

.

•• • •,

,

...,

.

Ol

., .,

.,

ODl ODl

O"

Obr. J. 79 Norrwgrom Ir un!ovólli /wpaci.ly C (PF) (I indu1cbwriti L {JdI) při rUznim pomiru LlC - p ro koPlkrdlli ~ IrmilO&t f (M Hz). Pií m /w r-u , lhdlli óísti /Wmogrnmu. u milU ŮOfIOOtflim pfúIuArwu {rrlr~

odpovídající kapacita. Přímka vedená dvěma body vymezí na třetí ose vlevo hledanou kapacitu, tj . 10 pF. Při jiné indukčnosti (kapacitě) vyznačí přímka jinou hodnotu kapacity (indukčnosti) . Podobně existují nomogramy pro různé konstrukce cívek a td. Opakovaným počítá ním by se sice dosáhlo té hož, ale málo přehledně, nesrovnateln ě pomaleji a s mnohem větším úsilím.

N

P N je označení vodivosti bipolárního tranzistoru, kd e kolektore kladná polarita napětí, zatímco emitoru záporná polarita. Poíoooditouý přechod B ·E se otevírá malým kladným napětím na bázi. přisluší

103

O B RAZO V KA ASCILOSKOPICKA

O

O DD tLOVA ct STUPEŇ

-----

BRAZQVKA OSC ILOSKOP ICKÁ je důlež itou částí osciloskopu a slouži k zobrazeni průběh u stř- í davých napětí, kte r á se p řtv éd ě] ! n a Vy. chy lovací d e s tičky. Obrazovka pracuje na podobném principu jako elek. tronka. Ka toda ve tvaru válečku je pokrytá emisní vrstvou kysličníku bari a BaO (CaO, srO). J e-li rozžhavená, emituje elektrony. Je součástí tzv. ele k. tronové trysk y (obr. 1.80a) .

Elektronová tryska má za úkol zformovat proud el ektronů do te nounké. ho paprsku. smě řujícího ke stínítku. Tvoří ji soustava elektrod (ka toda k první mřížka gt' druhá mřížka g2, první anoda a h druhá anoda az). J sou to různ ě dlouhé trubičky umístěné za sebou v určité vzdálenosti . ProcházejíCÍ svazek elektronů reaguje na potenciál elektrod. Některé z nich dovoluji prů. chod pouze malým otvore m uvnitř přepážky. Vystupuje odtud paprsek, který se n a stínítku zobrazí jako svítící bod. Yvchyloyací destiČky: Po výstupu z trysky prochází paprsek postupně mezi dvěm a páry vych ylovacích destiček, vzájemně kolmo umístěných. První pár vychyluje pap rsek svis le 00. druhý pár vodorovně 00. Pap rsek ~lektro­ nů m ění směr (ohýbá se) podle toho, jaká polarita napět í je prá vě na destič. ce. Kladná polarita desky přitahuje (záporn ý) paprsek a současně záporná polarita druhé desky paprsek el ektronů odpuzuje. Při střídavém napětí se paprsek vychyluje střídavě k jedné a druhé destičce. Tento způsob se nazývá elek tros tatické uychylová ni. Jeho nevýhodou je mal ý vychylovací úhel, přibližné 30°. Za vy chylovacími destičkami se nachází grafitový povlak pos lední (dorychlovací) anody 8 3, která umožní paprsku překonat zbylou vzdálenost ke stínítku. Poznámka: televi zní obrazovky mají jiné, tzv. elektromagnetické vychylováni a dosahují bez problému vychylovací úhel 110°. V ..plochých" obra zovkách je vychylovací úhel ještě větší. Elektromagnetický systém vychylováni v osciloskopech použít ne lze. protože neni schopen pracovat s vysokými kmitočty.

-------------===~= Stínítko se nachází uvnitř rozšířené části skleněné baňky. Tva r stíítka je buď knihový nebo obdé lníkový. Z vnitřní strany je nanese na

zářivá

~tka. zvaná lu minifor. Na jejím složení závisí barva, jas a dosvit obrazu. O ja su sto py na stínítku rozhoduje hlavn ě energie dopadajícího paprsku. Zbaňky je vyčerpán vzduch. takže elektrony nenarážejí na molekuly plyn u II prol et í zna čnou vz d á le n os t , odpovídající délce obrazovky. jOl

-----, "::::=-.J ••

osfi'eni

"

Y1

urychl eni

Ol

ol

eccv

x,

._.'.O.

bl

Rozloženi na pětí na jednotlivých elektrodách obrazovky o celkové hodnotě 1500V ukazuje obr. I .BOb. Pro ep rá smou činnost je nezbytné, aby střednípoten­ aóI uychy_ destiirk byl "'jný jako u druhé anody a.,. Protože kolektory tranZistoru koncovýclt zesilovačů. jsou přímo spojené s vychylovacími destička­ mi určují tím napětí pro az. řádové na desítky volt, Potřebn ý potenciál mezi druhou anodou a katodou nelze proto získat jinak než záporným napětím na katodě. První mřížka gt má mít o něco zápornější potenciál než katoda Jí. a proto se připojuje k nejvyššímu zápornému napětí. Směrem k vychylovacím destičkám se záporné napětí snižuje . Pro zbytek cesty paprsku je zapotřebí poměrně vysoké kladné napětí. Připojí se k poslední anodě (ai). Pro úplnost dodejme, že některá napětí jsou proměnná: na g lÓas), na al (ostřeru). O DD t LO VA c t S TU P E:>; slouží zpravidla k zamezeni (oddělení) v zájemné h o p ůsoben í dvou po sobě n á sledujícich st u p ňů , především však k odstranění vlivu násled ujícího st upné na předchozí. Týká se to níz kofre kvenčníc h i vysokofrekvenčních zesilovačů a generátorů, korekčních stupňů atd. Odd ělovací stupeň se obvykle konstruuje ja ko zeeilooač s vysokou vstupni impeda ncí, kte rá nezatěžuje výst up předchozího stupn ě. Nepožaduje se od něho téměř žádné zesílení.

Typickým předsta vitelem oddělovacího stupně je emitorouý sledoval ne -

boli zesilova č v zapojení se společným kolek torem . (viz Emitorový sledo-

Vač) . Vyznačuje se vyso kou vstu pní impedancí, nepatrnou výst upní impedancí a zesílením sotva dosahujícím jedné. Napěťově te dy nezesiluje, ale nedovolí rozladov ání oscilátoru, ke kterému je při poj en , stej ně tak zam ezí ŮU'eslení korekčního zesilova če atd.

104

O DD ~ LOVACt

ODI'OR OHMICKÝ

TRANSFORMÁTOR

o

OOHOVACt TRA~SFOR)fATOR přenáší elektrické děje z primám beze do obvodu sekundáru. Přitom galvanicky odd ěluj e tyto d va obv ody od sebe. Na sekundární straně tedy pokračuj e činnost shodně s primárním obvodem. Zpravidla si pod pojmem oddělovací transformátor představujeme poněkud zvláštní síťový transformátor s převodem 1 : 1, tedy z 220 V na 220 V. Přitom izolace mezi primárním a sekundárním vinu. tím se požaduje důkladná a spolehlivá. Oddělovací transformátor nemá uk společného s autotransfonnátorem, používaným ke zvyšování nebo sni.iování síťového napětí. Autotransformátor má pouze jedno. tedy společné vi. nutí, přičemž o něco menší část slouží ja ko primár, větší část jako sekundár . má-li se napětí zvýšit. Funguje i obráceně. Význam síťového oddělovacího transformáto ru spočívá v to m, že piistrcje, spotřebiče či jen připojené obvody, jsou odděleny od fázového napětí. Při dotyku s jedním nebo druhým vývodem sekun dám. nedojde k úrazu (smrte lnému) elektrickým proudem . Na rozdll od síťového rozvodu, kde .d.2tYk člově ka s fázoyým osvětim končí zpravidla smrti· pokud se některá část těla zároveň dotýk á uzemněného předmětu. Uze mněný m předmětem se rozumí vodovod, rozvod ústředního topení nebo kterýkoliv vodivý povrch elektrospotřebiče. Podle předpisu je každ ý uzemněn ochranným vodičem PE. Oddělovací transformátor se používá i v laboratoňch a měřicích pracovištích, kde se pracuje s více měřicími přístroji. změny

O OI.ADOVAC je rezonančniobvod. který se ke konkrétnímu vysokofrekvenčnímu odlodOvoé obvodu. aby svými vlastnostmi zame zil prů­ ch odu nežádoucího vf s ignálu, anebo jej svedl k zemi Resonančníkmitočet odlaďovače se naladí na sledovanou frekvenci, která ne- Ls smí projít k následujícímu obvodu. Většinou se jedná o sericvé zapojení odlaďovače, jehož impedance na rezonančním kmitočtu je velmi nízká. Odlaďovač se připojí mezi obvod a zem, ta kObr. 1. 81 Seriovy rezonané ní, že příslušný kmitočet s nejbližším okolím projde obuod L.. C. oe funkci odlaďovati u l!stl'pni M8ti phjímače. k zemi a do nás ledujícího obvodu se nedostane. připojuje

es

O OPOR Mt R~Ý (specifický) vodivého materiálu je veličina, představují­

cí ohmický odpor jednotkové d élky a jednotkového průřezu. V tabul-

kách se udává pro 1 m délky při průřezu 1 mm''. Označuje se řeckým písmenem p (ré). Odpor určité délky odporového drátu se vypočítá podle vztahu: p = měrný odpor I R = celkový odpor dr átu R =p. S 1 =délk a drátu v metrec h S = průřez v mm 2 Podle měrného odporu vybíráme vodič, pří padně volíme povrchovou úpravu. aby ztráty průtokem proudu byly co nejmenší. Podobně u odporových ma teriál ů potřebujeme znát měrný odpor, ať již jde o konstrukci topných těles, bočníků k ampérmetru ap. Nejmenší měrný odpor vykazuje stříbro, dále v pořadí měď, zlato, hliník. wolfram, zinek a mosaz. Ze známých materiálů rwjvětSí měrný odpor má uhlík a dále slitiny kollu: chromníkl, konstantan, manganin, nikelin atd. )'Iěrný odpor se v tabulkách uvádí při teplotě 18 "C, takže pro jiné teploty se musí přepočítat. Obecně platí, že odpor čistých kovu se vzrůstající teplotou vzrůstá • mají kladný teplotní součinitel. Naopak záporný teplotní součinitel, tedy menší odpor 8 rostoucí teplotou, vykazuje uhlík., polovodiče, elektrolyty a některé slitiny. O DPOR OHMICKÝ, nazývaný rovněž odporem činným . je vlastnost látek (materiálů) klást odpor p ronik a j íc ím elektronům. Celkový odpor kon krétní součástky nebo materiálu závisí na rozměrech a PřislušMm m ěrném odporu materiálu. O odp oru vš ak hovoříme i v sovislosti s průtokem proudu elektrickým obvode m. V tom případě se většinou nejedná o odpor oh mický. někter}"ch

ODPOR sRÁŽEcl

OD POR SRUECI ( PftEDQADSY) je obvyklý výraz pro pevn ý n ebo prom ěnn ý r e zis- + 9V 0-, - - - , tor, zapojený d o serte se souč á stkou, při pad n ě s o bvodem. kde se má snížit napětí (obr. 1.82). Bez tohoto předřadného - srnžecfho odporu nebo spíš rezistoru. se neobejde žádná svítivá dioda (L ED). Zenerova dioda atd. Průtokem proudu vznikne na srážecím odporu (úbytek) napětí pod le Ohmova zákona U = R . I. Znamená to, že správnou Obr. 1.82 Na lii'riowm odporu R, velikost odporu stanovíme jen v případě, že průcJuxlem proudu ....znikne na~ti. známe vel ikost napětí a máme představu o které se má zmenlit napět í u zdroje · pro crrverwu LED o protékajícím proudu. Odpor zjistíme podle s rulpětím rul powoodlČOwm vztahu R = U I I. Výpočet předřadné ho odporu přccMdu UF = 1,7 V. pro LED obsa huje pramen It l. pro Zenerku pramen (2).

108

OD POR ZDÁNLIVÝ

O DPOR ZDÁ..x r.rvt neboli reaktance se projevuje v obvodu střtdavé hc pro u d u u velké větš i ny pasi vních součástek. Vlastně ani kousek vodiée nelze oprostit od zdánlivého odporu. Stejně jako rezistory, i vodiče se V)"UUl(ují povrehovj""lll jevem - skinefektem. Platí. že čím vyšší kmitočet, tím tenčí vrstvou vodiče teče proud. Vnitřní část vodiče se neuplatní, průřez vodiče se tím vlastně zmenšuje. a proto hovoříme o odporu. Rezistor, ale i prostý vodič. se nechová jako činný (ohmický) odpor i z jiného důvodu. Projevuje se u něho vlastni indukce, kterou v mnohem větší míře zjišťujeme u cívky, Zdánliyý odpor CÍvky: Jedná se o induktivní odpor XLo v důsledku půso­ bení vlastní indukce cívky. Čím má cívka větší indukčnost, tím se projevuje větší vlastní indukcí a ..brzdí" proud - klade v ětší zdánlivý odpor. Th je dů­ vod. proč se proud tekoucí cívkou zpožďuje za napětím . S různým kmitočtem střídavého proudu se stejná cívka projevuje různě. Při nízkém kmitočtu je zdánlivý odpor mal}". pn vysokém kmitočtu je zdánlivý odpor velký . Pro induktivní odpor Xl. platí vztah: XL = 2 x fL neboli XL = roL [O.. Hz. HI Zdán liyý odpor kondenzátoru: S malou kapacitou představujevelký zdánlivý odpor Xc, s velkou kapacitou je zdánlivý odpor mal}". Kondenzátor v obvodu střídavého proudu tedy nepřeruší proud, jak by se stalo v obvodu stejnos měrného proudu. J e to tím, že se kondenzátor střídavě nabíjí a vybíjí, takže obvodem střídavě teče proud. Přesto se kondenzátor nechová jako vodič. Při malé kapacitě teče malý nabíjecí a vybíjecí proud, zatímco při velké kapacitě teče proud mnohem větší. Rea ktanci však ovlivňuje i k mitočet. Při nízkém kmitočtu se kcndeneátor nabíjí a vybíjí pomalu . zatímco ph vysoké m kmitočtu vše probíhá mnohem rychleji, takže teče větší proud. Zdánlivý odpor kondenzátoru pro vysoké kmitočty je malý. zatímco pro nízké kmitočty je velký. J e nepřímo úm ěrn ý kapacitě kondenzátoru a kmitočtu střídavého proudu. Pro zdánlivý kapacitní odpor Xc platí vztah

1

Xe= z e ř O

nebo li

1

",C 109

O DRUSOVÁNl

QpERAl:NI ZESIWVAC

cdrušovací členy obsahují širokopá smového kondenzátoru i tlum ivky (obr. 1.83b). Samotné tlumivky se rovn ěž vyrábějí, většinou v podobě toroidních kroužků s navinuto u cívkou. Vinuti bývá jednoduché, dv~ ité nebo vícenásobné. Kvůli silně nevyrovnané rezonanční křivce samotná tlumivka není vhodná. Vinutím tlumivky teče značný proud, takže hrozí piesyceJ. ní jádra. Proto se někdy zapojují dvě cívky tak, aby ma gn etický tok, vyvobl - - laný protékajícím proudem, se navzájem kompenzoval - (viz Kompenzace). Obr. 1.83 a) Vnitřnímpo~ni iirokopa-moviho odruimxriJw komhnzótoOdrušování vstupu přijímacího zaru. 1fido..r- kondenzátor • w/h řízení je podstatně obtížnější. Zvláště napilOt.oufWun.osti, l fida . Y".. u televizorů dochází někdy k rušení vyzWíštl II)'dou rsapilóuou pelI1\06:tL b) SložiJij M odnúovací člvl zařováním oscilátoru ze vstupní jednot• tlumivkami. ky blízkého televizního přijímače. Stává se to, když oba televizory přijímají rozdílný vstupní kmitočet při určité kombinaci kanálů. Ochrana proti takto vznikl ému ruše ní je téměř nemožná. Odrušováním se podrobně zabývá pramen (4). Náročnější

kromě

O

' h

DR USOVÁS I

k

je pochod,

při kterém se má zame zit vyzařováni ••• "" š'

V}' SO ofrekvenčnich kmi tů

ze zdroje rušení, a nebo zabrán't j ejich pronikání d o k onkrétního zařízení. Ani vjednom případě to ne~ Jednoduché. Rušení může mít rozlič n ý charakte r a m ůže pronika t na ných frekvencích. C IC

nu-

Častý způsob rušení se odvozuje od jiskření, vznikajícího při zapínání ne bo přerušování proudu. Do té to ka tegorie patří všechny komu tá torO\lé motory, u kterých dochá zí k jiskření mezi lamelami komutátoru a uhlík}' Každ}" elektrický spotřebič s takov ým motorem (vyssavače, mixery, vrtaé. ky, fény ap.) musí být odrušen prostřednictvím odrušovacího člen u. Odnlšení se t}"ká i dalších spotřebičů, kde dochází k éastému spínání větších výkon ů, nap ř ; pračky a chladničky. Nejiednodušš! odrušovací člen tvoří kondenzátor (na napětí 250 V stři­ davýchl), který se připojí přímo k mís tu vzniku rušení. Složitější odrušovací LC člen se zařazuje do přívodních vodičů spotřebiče , Vkládá se tedy do cesty proudu. Obsahuje zpravidla širokopásmový kondenzátor (obr. 1.B3a) nebo tlumivku s feritovým jádrem, případně obojí. TIumivka klade stiídavému pro udu zdánlivý odpor tím větší, čím vyšší je kmitočet. A protože rušící kmitočty mohou mit široké spektrum, existuje vice druhů filtrů obsahujicích indukčnosti. Také kondenzátory jsou kmitočtově závislé. Nizké m šicí kmitočty vyžadu jí větší kapacitu, vysokým kmitočtům vyhovuje malá kapacita . Odruševad kondenzátory mají být bezindukční. Nepříznivě působí i delší přívodní vodiče, které zvyšují parazitní indukčnost. V automobilu a v mnoha elekt roni ckých přístrojích se u p l at ňuj í tzv, pruchodkoué kondenzátory. J edna elek troda je vyvedena na povrch konde nzátoru a spojí se přímo s kostrou zařízení (skeletem vozidla) , druhá elekt roda je propojena s vnitřním pni ' cho zím vodičem . Drátové vedeni se přeru ší a propojení obou míst obstará průchozí vodič , Průchod kový konden zátor patří co nejblíže ke zdroji rušení.

110

~~1 0~ 10'(' @T Rl '!" ns~

představuje poměrně složitou elektronickou souVyrábí se formou integrovaného obvodu a funguje ja k o univerzáln í aktívní prvek. Nejedná se tedy o integrovaný zesilovač, i když nutno připustit, že některé integrované výkonové zesilovače jsou v podstatě operačními zesilovači. Od běžných zesilovačů se operační zesilovač liší přede­ vším tím , že má doo IJStupy: invertující a neinvertující. Kromě toho vnitřní zapojení neobsahuje žádné kondenzátory ve funkci vazebn ích prvků. Proto jím bez problému prochází stejnosměrný signál . Pozornost si zaslouží i velmi vysoké zesílení, které se však většinou nevyužívá a pomocí záporné zpětné vazby se zmenšuje. Neméně d ůle žit á je skutečnost, že velikost zesílení se sna dno na staví POuhými dvěma rezisto ry: vstupním a zpět novazebním . Přesněji řečeno zes(lení se sta noví poměrem d vou odporu . Nezáleží tedy na parametru (zesnení) samotné součástky. Nebylo by však správné zúžit možnosti operačního zesilovače pouze na zesilování signálu. Podobně jako tranzistor, uplatňuje se Ve funkci různých generátorů, korekčních stupňů, komparátorů , aktivních filtrů atd. Stručně řečeno, využití je velmi široké. O

P ERAt !'il ZES ILOVAt

částku.

111

OPE RACNí Zf:S II,oVAC

~~~

•

t>-* a)

-

"'

-

b)

Obr. 1.84 a) Z1IlJČka ~rabliho Zf'3Ílovah II ~nodueluim a podrobnijšim p1TJl.Jt'dDli. b) Zapojcl( inwrtlJ.jú:ího ze8ilolXlÓt se llUiknim A '" 10.

Schéma t ick á zn ačka má tvar trojúhelníka (obr. 1.84a), podobně jako u ostat n!ch zes i lo~ačů. Na ~stup ní .~tt:aně trojúhel?íka značí dva vst upy: s k ladnym zna menkem nemvertuJlCl vst up. se zapomym znaménke m inve.Ttuj~í vst u~. Jejich odlišnost souvisí s polaritou výstupního napětí. Signal z invertujícího vstupu se na výstupu objeví vždy s opačnou polari tou. fáz~>v~ posunut ý, za tímco z neinvertujícího vstupu je polarita na výstupu stejná Jako na vstupu. Výstup zesilovače představuje vrchol trojúheln íka.

s;-

Někdy se zakreslují vývody napájeni, a to z horní a dolní strany t rojúhel.

nika. Obvykle je II nich symbol plus a minus. Znamená to. že jde o souměrné ne boli symetrické napájení ze dvou zdrojů (dělený zdroj ), zapojených do sese společným středem. KwH přehlednosti se napájecí výv ody většinou ~emačí. s ~~j ně jako kompenzační obvod y. filtrace ap. Běžné napájecí napětí Je ± 9 V, pnp adně ± 12 V. Opera ční zesilovače však mohou pracova t i s niž. ší m nebo vyšším nap ájecím napětím. . P okud operačn í zes i lovač pracuje v obv od u st řídav ého proudu , vyhov í 1 nesouměrné, tedy jednoduché napájení z jednoho zdroj e. V takovém přfpa ­ dě je způsob napájení u značky obvykle zakreslen a signál z výst u pu nut no oddělit va zebním kondenzátorem. Existuje mnoho různých zapojení operačních zesilovačů- podrobně v prs menu [3]. Někdy dokonce nalezneme operační zesilovač na místě, kd e by vyhověl samotný tranzistor. J e to tím. že vzhledem k obrovským výrobním ím je jeho cena nízká. Třebaže se může zdát, že obě součá stky vykonáv ají stejnou funkci, operační zesilooot tranzistorem nahradit nelee. Tranzistor má na výstupu (kolektoru) buď kladnou polaritu napětí (NPN) nebo zápornou polaritu (PNP). Velikost výstupního napětí se může při provozu měnit. Operační zesilovač však dokáže obojí. Napětí na výstupu měníod maximální kladné hodnoty až po maximální zápornou hod notu, a to plyn ule. J e to velká před ' nost, kterou využívá především a utomatizační a říd icí technika. Neiiednodu šší zapojení invertujícího zesilovače je na obr. l.84b . Pom ě­ rem vstupního a zpětnovazebního odporu je zes ílení nast aveno na veli kost A = 10. Výstupní signál má opačnou polaritu , jak je patrné z průběhu vý. s tu pního sig ná lu .

ne

sen-

112

....:O ~PTO ~F.~.,~.E~ · K~T~R~O~N~·'C~ ~ K '''-'S~O~U~CAsT ~~ KY ~

O P TOE LE KT RO NI CKE S OUCÁSTK Y se vyznačují přímou přeměnou elektrické energie ve světelnou, ale fungují i obráceně. Většina z nich pracuje se tárením (fotony) s vlnovou délkou, patřící do oblasti viditelného světla [4]. LED a Infra-Llill): Světelně diody- (viz LED) se vyrábějí v různých tvarech a velik ostech, běžně od " 2 mm až po 20 mm , zářící plošně nebo difuzně v různých barvách. Původn ě sloužily k optické indikaci stavu elektronick~'ch obvodu a za řízení , dnes mají místo v silničn í dopravě, v automobilovém průmyslu atd. Zvláštní kategorii tVOM infra červen é diody Infra·LED, jejíchž záření je pod hranicí viditelného svě tla . (vi z LED-infra). Zvláštního uplatn ění doznaly v optoelektronických vazebních členech.

Segm entoyky a znakovky: Uspořádáním jednotlivých LED do číslicového tvaru "osmičky" vznikají segmentovky (číslicovky) a k nim příslušné znakovky (obr. l.85a.b). Od znakovek se požaduje především symbol + a -, kromě toho zobrazují číslici 1. Segmentovky i makovky mají různý tvar a velikost pouzdra a liší se i barvou světla. V uspořádání několika prvků v řadě (displej) slouží k zobrazování údajů v měřicích přístrojích, na rozváděcích panelech. hracích automatech ap. Vzájemné se liší společnou elektrodou (3]. Znamená to, že bud anody nebo katody jednotlivých segmentů (diod) jsou v segmentovoe propojené, zatímco druhá elektroda je vyveden á k samostatnému pinu.

, . rr' : ) • . . · ,., ..· -. ..

Segmentovky a znakovky se i z tekutých krystalů . t • • • • (viz Tekuté krystaly). Spíš než • jednotlivé prvky se rozšířilo pou• • a) : • žití kompaktního displeje s více • • • pohromadě. V současnosti prvky •• • • • • • '. jsou běžné m ultifunkční d ispleje• • S • • • • 9 9 • • I) obsahující navíc mnoho dalších znaků a zobrazující celá slova. Staly se nepostradatelnou souObr. 1.85 a) Segmentovka, Olnačemm iedncdWjch segmentů a pin ů, b) Znahvvka čá stí všech komunikačních zaří­ , ozlWÓ!ním segmentů a pinu. zení, přístrojů spotřební elektroniky, elektronických hraček atd. Laser-djody: I nj ekční la ser -diody [4J 8VOU činností připomínají oscilátory vel~i vysokých frekvencí s dutinovými rezonátory. Vzni klé stojaté vlnění je zdrojem koheren tního mon ochromati ckého zářenÍ. Praktickou u kázkoujsou tzv. světelná ukazovátka, s la ser-diodou červen é barvy, s výkonem rnax . 1 Ol W. Přesto t enký paprsek dosahuje dá lky srovnatelné s dohlédnutím oka. Ne.ní,pochyb o tom, že pro lids ké oko je i tato nepatrná ene rgie velm i ne hezPeCna . Stejné nebezpečí hrozí při otevření CD mechaniky II p řehr ávače kompakt ních disku . t8

•

•••

vyrábějí

O PTOF:I.F:KTRO~ICKt 8 0 UCÁ8TKY

O SCIL OSKOP

~---------------"== O

a)

b)

r-t---r' _

I ' I I

_

__

I

-

:..

__'

rt.--~.: :.. •

II

I

I

1

I,

I

~-t ~~-.I~ . ----: ~í~-~-1 I:;'~

:.. .j. I

I

I

_

'

I

I

-

I

L

.~

_._. ;

fl

e)

-.rí---iI.

~r---:'~, . ,, ,

1,

,,

. _ . __

..

I

_

:

.:.~

... .

:

'

.J

Obr. 1.86 Běini oploelektronicki členy a jejich označenípodle p nj ímud části:

a) fotodioda, b) fotodiatU1 s transistorem, c) fotodioda s .Darlíngto nem "; d) fowlru~i.slor. eJ opwlriak, f) op wtriak s obvodem pro gp ínani li nu le.

114

S CI LÁTO R

viz generátor

O S CI LO S KOP je elek tronický měřicí přistroj, určený k optickém u sledování fyz ikálních jevů, které jsou buď přímo elektrické nebo které lze na elektrické převést. Průběh j evů sled ujeme v závislosti na čase, pří­ padné na jiné fyzik