Téma: Vodič a izolant v elektrickém poli, kondenzátor

Předmět: Elektronika

Přidal(a): David Veselík

Obsah: vodič a izolant v elektrickém poli, kondenzátory, druhy, části, výpočet, použití.

Vodič v elektrickém poli

• a) Je-li vodič v elektrickém poli a je-li zajištěna trvalá dodávka elektronů z jedné strany a únik z druhé strany, prochází vodičem trvalý elektrický proud.
• b) Je-li vodič v elektrickém poli, ale není spojen se zdrojem napětí, vzniká jev nazvaný elektrická (elektrostatická) indukce. Elektrickou indukcí lze přemístit volné elektrony v přímém vodiči.
  • Vodičem proběhne krátkodobý proud, způsobený tím, že vnější pole působí silou na volné elektrony. Po chvíli se stav ustálí a proud již vodičem neprochází.
  • Ve vodiči se na opačných koncích nahromadí dva náboje (tzv. indukovaný náboj). Jsou stejně velké, ale jeden je kladný a druhý záporný.
  • Nově rozdělené náboje uvnitř vodiče vytvoří vlastní elektrické pole, které působí proti vnějšímu elektrickému poli a výsledná intenzita pole uvnitř vodiče se pak rovná nule.
  • Aby k indukci došlo, musí se vodič nacházet v místech s různým elektrickým potenciálem (musí na něj působit vnější pole). Pokud by celý vodič ležel v prostoru se stejným potenciálem, indukovaný náboj by nevznikl.

Izolant (dielektrikum) v elektrickém poli

• Izolant na rozdíl od vodiče neobsahuje volné elektrony (nebo jen naprosté minimum), proto jím elektrický proud za běžných podmínek neprochází.
• Při vložení do elektrického pole nastává jev zvaný polarizace dielektrika. V atomech nebo molekulách izolantu dojde vlivem elektrické síly k nesymetrickému rozložení nábojů (vychýlení elektronových obalů vůči jádru) a vznikají elektrické dipóly.
• Tyto uspořádané dipóly vytvoří vlastní vnitřní elektrické pole, které působí proti původnímu vnějšímu poli, čímž se celková intenzita elektrického pole v izolantu oslabí. Míru tohoto oslabení udává relativní permitivita daného materiálu.

Kondenzátory a jejich kapacita

• Je to pasivní elektronická součástka, která udržuje (akumuluje) určitý elektrický náboj (Q) při určitém napětí (U).
• Charakteristická veličina kondenzátoru je kapacita – značíme ji C a jednotkou je farad (F).
• Základní vztah definující kapacitu je C = Q / U.
• Kapacita kondenzátoru je závislá na jeho rozměrech, konstrukci a permitivitě izolantu mezi deskami.
• Základní vztah pro výpočet kapacity rovinného kondenzátoru je C = ε · S / d (kde ε je permitivita dielektrika, S je účinná plocha desek a d je vzdálenost desek).
• Platí přitom, že ε = ε₀ · ε_r (kde ε₀ je permitivita vakua a ε_r je relativní permitivita izolantu).
• Základní vlastnost: Kondenzátor nepropouští stejnosměrný proud (představuje přerušení obvodu), kdežto střídavý proud jím prochází (díky neustálému přebíjení desek).

Energie nabitého kondenzátoru

• Při nabíjení kondenzátoru koná zdroj práci, která se následně uchovává ve formě energie elektrického pole kondenzátoru.
• Tuto energii (E) lze vypočítat pomocí vzorce: E = 1/2 · C · U² (případně lze použít odvozené tvary E = 1/2 · Q · U nebo E = 1/2 · Q² / C).

Druhy kondenzátorů

• Podle tvaru: deskové, válcové, kulové, svitkové (svinutý dlouhý vodivý pás oddělený izolantem).
• Podle možnosti změny kapacity:
  • Pevné: mají pevnou (neměnnou) hodnotu kapacity.
  • Proměnné (otočné): kapacitu lze plynule měnit (např. ladění frekvence v rádiu). Zpravidla bývají vzduchové.
  • Kapacitní trimry: dolaďovací kondenzátory pro jednorázové pevné nastavení.
  • Kapacitní dioda (varikap): polovodičová součástka, jejíž kapacita se mění v závislosti na přiloženém závěrném napětí.
• Podle použitého dielektrika:
  • Vzduchový: převážně u otočných kondenzátorů.
  • Papírový / z metalizovaného papíru: často papír napuštěný voskem (svitkové).
  • S plastovou fólií: moderní obdoba papírových.
  • Slídový a keramický: vyznačují se velkou přesností a stabilitou.
  • Elektrolytický: dielektrikem je tenká oxidační vrstva na jedné z elektrod, druhou elektrodu tvoří samotný vodivý elektrolyt. Mají obrovskou kapacitu, ale musí se u nich dodržet polarita zapojení (+ a -), jinak hrozí jejich zničení nebo exploze.

Části kondenzátorů

• Každý kondenzátor se skládá ze tří hlavních částí: dvou vodivých desek, dielektrika a vývodů.
• Desky (elektrody): většinou hliníkové (často tenká vrstva fólie). Slouží k nahromadění elektrického náboje.
• Dielektrikum (izolant): je nevodivé (např. kondenzátorový papír, vzduch, plast) a zabraňuje průchodu proudu a případnému elektrickému průrazu (zkratu) mezi deskami.
• Vývody: jsou dva, každý je vodivě spojen s jednou z desek a slouží k připojení součástky do elektrického obvodu.

Použití kondenzátorů

• Blesk fotoaparátu: rychlé vybití naakumulované energie do výbojky.
• Paměť PC: dynamické paměti (RAM) uchovávají informaci (jedničky a nuly) v podobě náboje na miniaturních kondenzátorech.
• Zdroje napětí: usměrňovače zdrojů pro vyhlazení (filtraci) pulzujícího stejnosměrného napětí.
• Filtry a odrušení: praktické využití u radiopřijímačů, televizí, magnetofonů a v automobilech (slouží k odrušování elektrických zařízení a filtraci signálu).
• Ladící obvody: ve spojení s cívkou tvoří oscilační obvod (rezonanční LC obvod).

Řazení (spojování) kondenzátorů

• Sériové (za sebou): Výsledná kapacita se zmenšuje. Všechny kondenzátory mají stejný elektrický náboj, ale celkové napětí se na nich dělí. Výpočet celkové kapacity se řídí převrácenými hodnotami: 1/C = 1/C₁ + 1/C₂ + … + 1/C_n.
• Paralelní (vedle sebe): Výsledná kapacita se zvětšuje. Všechny kondenzátory mají stejné napětí, ale celkový náboj se dělí. Kapacity se prostě sčítají: C = C₁ + C₂ + … + C_n.

Článek Vodič a izolant v elektrickém poli, kondenzátor se nejdříve objevil na Studijni-svet.cz.

Téma: Mikroprocesory, počítače

Předmět: Elektronika

Přidal(a): David Veselík

Mikroprocesory, počítače, části, blokové schéma, druhy, užití

Mikro procesová technika se zabývá návrhem, testováním a realizací číslicových aplikací, které jsou řízeny centrální řídící jednotkou. Mikroprocesor  (MPU – Mikroprocesor Unit) je centrální řídící jednotka (CPU – Central Processing Unit) na samostatném čipu.

První mikroprocesor vyvinula firma Intel roku 1971 pod označením 4004. Tento mikroprocesor obsahoval 2300 tranzistorů, byla použita technologie 10 –úm. Byl 4 bitový s Hardwarskou architekturou (měl oddělený paměťový prostor pro program, který vykonával a pro data, která zpracovával). V 16pinovém pouzdře a byl řízen hodinovým signálem s frekvencí 740KHz.

Doplněním mikroprocesoru o podpůrné obvody, tj. vstupně/výstupní periferie a paměti (pro program i data) vznikne mikropočítač. Mikropočítač je obecně určen pro zpracování dat a řízení jednoduchých procesů. První mikropočítače vznikaly v polovině 70. let (logicky bezprostředně po vzniku mikroprocesorů), zpravidla bez klávesnice a displeje. Velikost paměťového prostoru byla typicky 4 až 16 kB. Jedním z prvních mikropočítačů byl Altair 8800 z roku 1975, obsahující 8bitový mikroprocesor Intel 8080A, řídící hodinový signál měl frekvenci 2MHz, velikost RAM v rozmezí 256B až 64 kB, instrukční soubor obsahoval 78 instrukcí.

Mikro kontrolér:

• Vznikne sdružením všech částí mikropočítače, tj. řídící jednotka, paměti RAM, ROM, vstupy/výstupy, časovač/čítač, a jiné periférie na jediný čip (součástku), mají nízké pořizovací náklady a spotřebu, mají dostatečnou hardwarovou výbavu pro řízení jednoduchých aplikací.  Jsou 8bitové, 16bitové, popř. 32bitové.
• První mikro kontroléry byly vytvořeny roku 1974 firmou Texas Instruments.

Struktury počítačů:

• Mikropočítače lze dělit podle řady kritérií. Nejdůležitější je však jejich architektura.
• První dělení mikropočítačů iniciovala americká armáda již v 70. letech, kdy požádala Princetonskou a Hardwarskou univerzitu, aby navrhly architekturu počítače vhodnou pro potřeby armády.
• Vznikly tak dvě základní koncepce, Von Neumannova a Hardwarská.

Von Neumannova architektura:

• Na Princetonské univerzitě byla architektura pojmenována podle vedoucího výzkumného týmu John von Neumanna.  Navrženo americkým matematikem, původem z Maďarska, sestrojil model samočinného PC, s jistými výjimkami zachován dodnes.
• Architektura využívá pouze jednu paměť, společnou pro data (proměnné) i pro instrukce (program). Paměť je rozdělena na stejně velké buňky, jejichž pořadová čísla se využívají jako identifikační adresy. Instrukce se provádí sekvenčně, podle toho jak jsou za sebou uloženy v paměti. Výhodou je její jednoduchost, univerzálnost, dokáže zpracovat jakýkoliv problém.

Blokové schéma:

• Procesor, který provádí výpočetní operace podle instrukcí programu a skládá se z řadiče a aritmeticko-logické jednotky (ALU).
• Operační paměť (hlavní paměť), v níž se uchovávají data a instrukce programu a do které se v průběhu výpočtů ukládají mezivýsledky a výsledky zpracování dat.
• Vstupní/výstupní periferní jednotky, které umožňují počítači komunikovat s okolím.

Popis bloků architektury:

• ALU – provádí aritmetické operace, sčítání, odčítání, násobení, dělení, logické operace, bitový posuv
• Řadič – řídí pomocí řídících signálů chod ostatních bloků v závislosti na prováděných instrukcích, od jednotlivých bloků přijímá stavová hlášení
• paměť – pro čtení, zápis do paměťových buněk je řízen signály od řadiče
• vstupní/výstupní zařízení – obsahuje obvody, které umožňují přenos dat – čidla, klávesnice.

Hardwardská architektura:

• Dovoluje používat pro paměť programu např. paměti typu ROM, umožňuje zdvojnásobení velikosti paměti oproti Von Neumanově architektuře při stejně veliké adresové sběrnici.
• Navržena ve Spojených státech, v té době byla moderní koncepcí, až po 40 letech dosáhla technologie výroby integrovaných obvodů, že mohla být tato koncepce realizována.

Oproti Von Neumannové je hlavní rozdíl:

• Koncepce je oddělená paměť pro instrukce a paměť pro data, nevýhodou je, pokud mají instrukce celkovou velikost větší než paměť pro program, nemůžou být instrukce uloženy do volné paměti pro data, pro data, instrukce možno použít jinou technologii paměti ROM, RAM, EEPROM, Flash.

Užití:

• Rádia, mobilní telefony, tablety, tiskárny pračky, chladničky, televizory)

Matematická logika, logické funkce, výrok, výraz, pravdivostní tabulka

Matematická logika:

• Matematická logika je vědní disciplína nacházející se na rozhraní mezi logikou a matematikou. Zabývá se zkoumáním, formalizováním a matematizováním zejména těch oblastí logiky, na jejichž základech je postavena matematika. V centru jejího zájmu jsou pojmy jako důkaz, teorie, axiomatizace, model, bezespornost, úplnost, rozhodnutelnost.
• Současná matematická logika se dělí na tři rozsáhlé disciplíny, které spolu úzce souvisejí. Jsou to teorie důkazu (se zabývá vytvářením a zkoumáním různých formálních deduktivních systémů jakožto základů pro pojem formálního důkazu), teorie modelů (se zabývá zkoumáním obecného pojmu matematické struktury a platnosti nějakého tvrzení v této struktuře) a teorie aritmetiky (Robinsonova a Peanova aritmetika a struktury v nich definovatelných množin přirozených čísel).

Logické funkce:

• Jsou základní částí Booleovy algebry (dvouhodnotové), základní logické funkce jsou:
• Negace, konjunkce, disjunkce.
• Negaci se také říká inverze neboli zákon.
• Konjunkci se také říká logický součin nebo funkce A.
• Disjunkce je logický součet nebo funkce nebo OR.

Negace:

• U negace je vždy pouze 1 vstupní veličina (proměnná) a jedna výstupní (unární veličina).
• Logická proměnná negovaného výroku je vždy opačná než logická proměnná původního výroku.

V1    V1NOTV1

0            0

Konjunkce:

Je složený výrok, který vznikne spojením 2 nebo více jednoduchých výroků spojkou A. Konjunkce je pravdivá jen tehdy a jen jsou-li pravdivé oba vstupní výroky nebo všechny vstupní výroky najednou.

V1  V2  V1 V2

0      0        0

0      1        0

1      0        0

1      1        1

Disjunkce:

Je složený výrok, který vznikne spojením 2 nebo více jednoduchých logických výroků spojkou nebo tzn. Disjunkce je pravdivá tehdy je-li pravdivý alespoň jeden ze vstupních výroků.

V1   V2

0      0       0

0      1       1

1      0       1

1      1       1

Výrok:

• Každá oznamovací věta (sdělení), u níž dává smysl, když uvažujeme, zda je buď pravdivá, nebo nepravdivá, platí – 1, neplatí – 0.
• U výroku určujeme pravdivostní hodnotu. Pokud výrok platí, označíme jeho pravdivostní hodnotu číslicí 1, pokud neplatí, označíme jeho pravdivostní hodnotu číslicí 0.

Výraz:

• Konečná kombinace symbolů, která tvoří dobře utvořenou formuli podle pravidel závislých na kontextu. Matematickými symboly mohou být čísla (konstanty), proměnné, operace, funkce, oddělovače a závorky, které určují prioritu početních operací a jiné aspekty logické syntaxe.
• Výraz je každý matematický zápis, který je tvořen z konstant a proměnných, mezi nimiž jsou pomocí algebraických operací (např. sčítání, násobení) a závorek vytvořeny smysluplné vztahy.

Pravdivostní tabulka:

• Je nejběžnějším způsobem popisu logické funkce. Popisuje zcela přesně chování logického obvodu, ale neobsahuje žádný návod pro jeho realizaci. Můžeme tedy na ni pohlížet jako na model chování logického systému. Obsahuje výčet všech kombinací vstupních proměnných a jim odpovídajících výstupů. Má-li logická funkce n nezávislých proměnných, bude mít pravdivostní tabulka 2na n řádků.
• Pravdivostní tabulku můžeme vyjádřit určitou i neurčitou funkcí.
• Ve dvou řádcích je napsán symbol x, který značí, že při těchto kombinacích vstupních proměnných je lhostejno, jestli logická funkce bude mít hodnotu 1 nebo 0.
• Z pravdivostní tabulky můžeme získat logický výraz pro jednotlivé logické funkce. Logický výraz funkce f1 může být z pravdivostní tabulky získán dvěma způsoby: součtovou formou, součinovou formou.
• Podle toho, jestli použijeme k popisu logické funkce řádky, v nichž je funkce jedničková, nebo řádky, v nichž je nulová.
• Základní součinový člen, základní součtový člen, úplná součtová forma, úplná součinová forma.

Článek Mikroprocesory, počítače se nejdříve objevil na Studijni-svet.cz.

Téma: Paměťové obvody

Předmět: Elektronika

Přidal(a): David Veselík

Paměťové obvody, feritové, tranzistorové, druhy pamětí, princip, užití pamětí

V technické praxi představují paměti jistý objekt – součástku, blok paměťových prvků apod., který je konstruován tak, aby mohl přijmout informaci, uchovat ji po určitou dobu, a v případě potřeby tuto informaci poskytnout k vyzvednutí. Paměťové systémy jsou nejčastěji používány v počítačové a mikropočítačové technice. Zde se paměťový systém označuje nejčastěji jako operační nebo hlavní, má dvě hlavní funkce – slouží k uložení programu, který řídí činnost mikropočítače. Slouží k ukládání dat a výsledků operací v průběhu činnosti procesoru.

Feritová paměť:

• Feritové paměti jsou založeny na vlastnosti některých keramických oxidů, zvaných ferity, patřících mezi tzv. magneticky tvrdé materiály. Tyto materiály mají schopnost podržet si po zmagnetování orientaci zbytkové, tzv. remanentní magnetizace až do přemagnetování do opačného směru.
• V operačních pamětech počítačů se používá prstencových feritových jader ve tvaru toroidů, jejichž kruhovým otvorem procházejí čtyři vodiče X, Y, Z a S. Fyzikální podstata paměťové funkce feritových jader, vyplývá z jejich téměř pravoúhlé hysterezní křivky

Tranzistorová paměť:

• Využívá princip tranzistoru, přechod vstupu k výstupu přes vnitřní paměť.

Statická paměť – RWM

Dynamická paměť

Paměti se rozdělují podle

• 1) podle zápisu:
  • ROM – paměť pro čtení, po odpojení napájení se obsah uchovává
  • RAM – paměť pro čtení i zápis, po odpojení napájení se obsah ztratí
• 2) podle přístupu k obsahu paměti:
  • RAM – paměť s libovolným přístupem, PC
  • SAM – paměť se sériovým přístupem, pásková média
• 3) podle principu realizace, technologie paměťové buňky:
  • SRAM – po odpojení napájení neuchovává informaci, realizace pamětí typu cache
  • DRAM – refresh – oživování paměťové buňky, způsobuje kondenzátor
• 4) podle záznamu mazání:
  • ROM, REPROM, EPROM, EEPROM, PROM

Článek Paměťové obvody – maturitní otázka se nejdříve objevil na Studijni-svet.cz.

Téma: Kombinační logické obvody, sekvenční logické obvody

Předmět: Elektronika

Přidal(a): David Veselík

Kombinační logické obvody, princip, funkce, pravdivostní tabulka

• Jedná je realizován spojením základních logických členů tak, aby splňoval požadovanou logickou, se o takové obvody, u nichž mohou vstupní i výstupní proměnné v ustáleném stavu nabývat jedné ze dvou možných hodnot, logické nuly nebo logické jedničky. Kombinační logický obvod funkci.
• Okamžitá hodnota výstupních proměnných kombinačního logického obvodu je dána pouze okamžitou kombinací vstupních proměnných. To znamená, že těmito obvody realizujeme výhradně takové funkce, které nejsou závislé na předchozích kombinacích vstupů. Formálně můžeme tyto systémy popsat rovnicí.
• Kombinační obvody považujeme za funkční celky, které se realizují buď spojením základních logických členů, nebo pomocí integrovaných obvodů se střední hustotou integrace.

Typickými představiteli kombinačních logických obvodů jsou:

• Dekodéry, multiplexery, demultiplexery, komparátory, obvody pro aritmetické operace (sčítačky, generátory přenosu apod.).

Dekodéry:

Kombinační logický obvod, který generuje určitý kód, v závislosti na kombinaci proměnných. Tedy určitý kód převádějí na jiný kód. Základním stavebním prvkem dekodéru je součinné hradlo AND anebo hradlo NAND (kombinace AND a NOT). Většinou používá binární kód.

Multiplexery:

• Kombinační logických obvod, který umožňuje převádět číslicové informace z vybraného vstupního kanálu na výstup (přepínač číslicových signálů). Opakem je Demultiplexer.

Demultiplexer:

• Má opačnou funkci než Multiplexer, tzn., že v závislosti na logickém stavu adresových vodičů přenáší z jediného vstupního vodiče data na jeden z výstupních vodičů. Přičemž na ostatních výstupních vodičích přetrvávají (setrvává) negativní stav.

Komparátory:

• Je to kombinační logický obvod, který porovnává 2 binární čísla a generuje výstupní signál o jejich rovnosti nebo různosti.
• Základním stavebním prvkem je funkce OR nebo XOR.

Obvody pro aritmetické operace:

• Jsou to hlavně sčítačky (poloviční, úplná, paralelní, s kódem BCD sčítačka). Anebo aritmeticko-logická jednotka jsou základem programového vybavení Mikroprocesorů a Hardwarového vybavení integrovaných obvodů).

Sekvenční obvody dělíme na synchronní a asynchronní:

• U asynchronních sekvenčních obvodů se změna vstupní proměnné promítne ihned do stavu sekvenčního obvodu.
• U synchronních sekvenčních obvodů je zaveden řídicí synchronizační signál (hodinový signál, hodiny). Změna vstupní proměnné se promítne do stavu sekvenčního obvodu až při příchodu hodinového signálu.

Podle reakce na hodinový signál ještě synchronní sekvenční obvody dělíme na:

• Úrovňové – sekvenční obvod sleduje hodnoty vstupních proměnných a tím i jejich změny po celou dobu trvání hodinového signálu a průběžně na ně reaguje
• Hranové – sekvenční obvod reaguje na hodnoty vstupních proměnných jen při příchodu hrany hodinového signálu (náběžná nebo sestupná hrana).

Klopné obvody lze rozdělit podle stavu výstupu v závislosti na čase na následující typy:

• Monostabilní klopné obvody, bistabilní klopné obvody, astabilní klopné obvody

Sekvenční logické obvody = využití:

Jsou to hlavně klopné obvody (jsou to paměťové členy sekvenčních logických obvodů, úkolem je zaznamenat přítomnost přechodné informace a uchovat tento stav i tehdy, když informace zmizí.

Posuvné registry (je to zařízení, jehož úkolem je uchovávat a pozorovat informaci, např. pohyblivé, světelné, informace, reklamní tabule).

Čítače (elektronické čítače jsou zařízení, která se používají v mnoha oblastech, kde se zaznamenává velké množství děků, které nastanou za delší dobu, anebo následují velice rychle za sebou. Mohou být synchronní, asynchronní, integrované a můžeme je použít také jako děliče frekvence.)

Článek Kombinační logické obvody, sekvenční logické obvody se nejdříve objevil na Studijni-svet.cz.

Téma: Záznam analogový, digitální, kódy, kódování

Předmět: Elektronika

Přidal(a): David Veselík

Před zpracováním dat například v počítači je třeba znaky převést do tvaru, kterému počítač rozumí, tj. Přiřadit jim určité kombinace bitů. Tomuto převodu se říká kódování.

Kód je předpis pro jednoznačné přiřazení určité kombinace bitů příslušnému znaku. Kombinaci bitů zobrazující znak se říká kódové slovo. Z ekonomických důvodů se znaky zobrazují pokud možno, co nejmenším počtem bitů. Počet bitů v kódovém slově je však docela omezen počtem různých znaků, kterých se v praxi používá více než 100. Z toho vyplívá, že kódová slova vyjadřující alfanumerické znaky musejí mít nejméně 7 bitů. Protože 2 na sedmou je 128 bitů. Jen výjimečně, při omezeném souboru znaků nebo při přepínání kódových slov se používá menší počet bitů např. 5.

Kódová slova pro různé kódy se řadí do kódových tabulek. Přihazování kódových slov určitým znakům se říká kódování. Ke kódování se používá generátor kódu, který může obsahovat logické nebo paměťové obvody. Původní znak se získá z kódového slova dekódováním. K dekódování se používá dekodér obsahující opět logické nebo paměťové obvody.

Analogový záznam:

• Analogová zařízení používala pro záznam informací (typicky zvuku nebo obrazu) nějakou křivku, která byla realizována magnetickým polem nebo jiným fyzikálním jevem (elektromagnetické vlnění, zvuk se šíří vlněním, ztrátě kvality) záznamu.

Digitální záznam:

• Digitální (též. Binární, číslicový) záznam využívá tzv. A/D převodník analogového signálu, který je s jeho pomocí převeden a zaznamenán jako binární číslo (skupinu nul a jedniček). Př. DVD nosiče.

Článek Záznam analogový, digitální, kódy, kódování se nejdříve objevil na Studijni-svet.cz.

Téma: Zesilovače

Předmět: Elektronika

Přidal(a): David Veselík

Jedná se o elektronická zařízení, která zesilují el. signál. Má vstup a výstup tzn. Je to čtyřpól, na jehož vstupní svorky přivádíme signál, který chceme zesílit. Zesilovače nejsou zdrojem energie, ale ke své práci potřebují zdroj, který doplňuje vstupní energii na výstupní. Druhá část je napájecí energie zesilovače mění ve ztrátové teplo. Zesilovač zesiluje vstupní el. signál.

Zesilovače lze také kategorizovat podle jejich fyzického umístění v signálním řetězci; předzesilovač může předcházet další fáze zpracování signálu, např. Prvním praktickým elektrickým zařízením, které mohlo zesílit, byla triodová vakuová trubice, vynalezená v roce 1906 Lee De Forestem , která vedla k prvním zesilovačům kolem roku 1912. Dnes většina zesilovačů používá tranzistory.

Podle použitého zesilovacího prvku se dělí na zesilovače:

• Tranzistorové, elektronkové, magnetické, parametrické apod.

Parametry:

• Zesílení, nelineární zkreslení, stabilita – odolnost proti rozkmitání, šířka pásma – kmitočtový rozsah, který je zesilovač schopen zesílit.
• Zesílení zesilovače je bezrozměrná jednotka, udává, kolikrát se změní příslušný parametr (napětí, proud, výkon).

Podle zapojení zesilovacího prvku – rozeznáváme zesilovače

• a) se společným emitorem (SE)
• b) společným kolektorem (SC)
• c) společnou bází (SB)

Podobné zapojení mají i zesilovače s unipolárními tranzistory nebo elektronkami.

Podle způsobu činnosti dělíme zesilovače na

• a) jednočinné
• b) dvojčinné

Podle velikosti budícího signálu dělíme zesilovače na:

• zesilovače velkých signálů, zesilovače malých signálů, zesilovače velmi malých signálů

Podle vazby mezi stupni dělíme zesilovače na zesilovače s

• a) kapacitní vazbou
• b) přímou (galvanickou) vazbou
• c) transformátorovou vazbou.

Tranzistorové zesilovače (nebo polovodičové zesilovače) jsou dnes nejběžnějším typem zesilovačů.

• Jako aktivní prvek se používá tranzistor.
• Zisk zesilovače je určen vlastnostmi samotného tranzistoru i obvodu, který je uvnitř obsažen.

Nízkofrekvenční zesilovače:

• Rozdělují se podle tříd: A, B, AB, C, D, E, F, G, H

Podle počtu stupňů rozdělujeme na:

• jednostupňové, vícestupňové

Použití zesilovačů:

• Obvykle zesilovač slouží především k zesílení amplitudy signálu, nebo jeho úrovně (u stejnosměrných zesilovačů), na požadovanou hodnotu.
• Používá se ale i v zapojeních, kde je potřeba změnit tvar signálu a jiných.
• Přístrojové zesilovače jsou řada audio výkonových zesilovačů používaných ke zvýšení hladiny zvuku hudebních nástrojů, například kytar, během představení.

Článek Zesilovače – maturitní otázka se nejdříve objevil na Studijni-svet.cz.

Téma: Elektronické zobrazovací jednotky

Předmět: Elektronika

Přidal(a): David Veselík

Klasickým vstupem počítače je klávesnice, klasickým výstupem je zobrazovací jednotka. Ta informuje uživatele o spuštěných programech a procesech, které na počítači probíhají a zobrazuje jejich výsledky. Jejímu výběru je nutné věnovat značnou pozornost hned z několika důvodů.

• Prvním z nich je, že zobrazovací jednotka významnou měrou ovlivňuje kvalitu grafického výstupu systému.
• Druhým důvodem je její vyšší cena, která je často podstatnou částí ceny celého systému počítače.
• Dalším důvodem je hledisko uživatele. Kvalitní zobrazovací jednotka omezí únavu a zvýší produktivitu práce uživatele se systémem. Naopak špatná jednotka může tuto únavu rychle vyvolat a tím snížit produktivitu práce. Kvalita zobrazovací jednotky tedy vynikne nejen při náročných grafických aplikací (CAD, DTP), ale i při zobrazování normálních textových informací. Kvalita zobrazovací jednotky se často určuje z jejích parametrů a ze subjektivního dojmu uživatele.

Mezi klíčové parametry patří rozlišovací schopnost (počet bodů, které je zobrazovací jednotka schopna zobrazit), rozměry obrazovky (udávané nejčastěji v palcích), rozteč zobrazovaných bodů, počet zobrazitelných barev nebo stupňů šedi atd. Často opomíjeny jsou parametry jasu a kontrastu, které jsou též velmi důležité. Vždyť zobrazovaný obraz by měl být maximálně kontrastní s dostatečnou úrovní jasu. Stává se ale často, že tyto dva parametry se navzájem negativně ovlivňují. Některé jednotky dodají obraz kontrastnější ale s menším jasem.

Zobrazovací jednotka je zařízení sloužící k zobrazování textových a grafických informací.

Tato zařízení můžeme podle používaných technologií rozdělit do několika skupin:

• monitory – princip katodové trubice (CRT – Cathod Ray Tube)
• displeje s tekutými krystaly (LCD – Liquid Crystal Display)
• plazmové monitory

Článek Elektronické zobrazovací jednotky se nejdříve objevil na Studijni-svet.cz.

Téma: Součástky řízené světlem a teplem

Předmět: Elektronika

Přidal(a): David Veselík

Činnost součástek řízených světlem je založena na využití vnitřního fotoelektrického jevu. Při dopadu záření vhodné vlnové délky na polovodič dochází k rozbíjení vazeb atomu a ke vzniku volných nosič náboje elektron-díra. Energie záření závisí na vlnové délce.

Fotorezistor

• Při osvětlení citlivé vrstvy dochází ke zmenšení odporu fotorezistoru. Závislost odporu na osvětlení je přibližně logaritmická.
• Odpor fotorezistoru při osvětlení je jen několik set ohmu. VA charakteristika je soustava přímek, která dokazuje, že fotorezistor je při konstantním osvětlení lineárním jednohranem.
• Přechodová charakteristika vykazuje značnou setrvačnost rezistoru. Při zvětšení osvětlení je změna odporu pomalejší než při zatmění. Rychlost změn je závislá na osvětlení.
• Nevýhodou je značný pokles odporu fotorezistoru při zvýšení teploty projevující se při malém osvětlení.

Fotodioda

• Fotodioda je plošná polovodičová dioda upravená tak, aby do oblasti přechodu pronikalo světlo. Pokud není přechod PN osvětlen, je VA charakteristika stejná jako u běžné diody.
• Použití: měření osvětlení, snímání z děrných pásek, v automatizaci, ve filmových projektorech ke snímání optického záznamu zvuku.

Fototranzistor

• K řízení kolektorového proudu (u bipolárních tranzistorů se přivádí vstupní proud do báze)
• Použití: v optočlenech (spojení zdroje světla a fotodiody nebo fototranzistoru v jednom pouzdru) ke galvanickému oddělení dvou obvodu.

Součástky řízené teplem:

• Činnost součástek řízených teplem je založena na využití tepla.

Termistor:

• Termistor je polovodičová součástka, jejíž odpor s teplotou klesá. Používá se například pro snímání teploty u počítačových čipů nebo na ochranu zdrojů před proudovými špičkami při zapínání, případně zajišťuje pomalý rozběh například luxu.
• Princip: s rostoucí teplotou se v polovodiči uvolňuje stále více volných nosičů, proud roste a odpor termistoru se snižuje o několik řádů.

Pozistor:

• Pozistor je polovodičová součástka, jejíž odpor s teplotou roste. Používá se například na ochranu zařízení proti přehřátí a nadproudu.

Článek Součástky řízené světlem a teplem se nejdříve objevil na Studijni-svet.cz.

Téma: Tranzistory a cívky

Předmět: Elektronika

Přidal(a): David Veselík

Tranzistor

• Aktivní, nelineární polovodičová součástka se třemi elektrodami: emitorem, bází, kolektorem. Schopná zesilovat napětí, nebo proud.
• Tranzistor je asi nejdůležitější polovodičová součástka její schopnost zesilovat znamená, že malé změny napětí nebo proudu na vstupu mohou vyvolat velké změny napětí nebo proudu na výstupu.
• Pracuje jako zesilovač, a v tom je jeho základní význam. Tranzistor je tedy zapojen na 4 svorky. Dle závislosti proudu v součástce je nelineární.
• V destičce krystalu germania nebo křemíku jsou tři vrstvy s vodivostí P a N a to v uspořádání NPN nebo PNP.

Tranzistory rozdělení:

Otevřený, uzavřený

Podle uspořádání vodivostních oblastí a zapojením napájecího napětí, se liší tranzistory NPN (musí mít na kolektoru vždy kladné napětí) a PNP (na kolektoru musí mít vždy záporné napětí.

• Bipolární tranzistory – aktivní polovodičové součástky se dvěma PN přechody. Velikost procházejícího proudu je určována proudem báze B.
  • Bipolární tranzistor je složen ze tří vrstev dotovaného polovodiče typu P a N, to znamená, že má dva PN přechody. Podle struktury vrstev rozlišujeme bipolární tranzistory na NPN a PNP. Strukturu bipolárního tranzistoru si lze představit jako dvě diody zapojené proti sobě anodou, nebo katodou (podle druhu tranzistoru), neznamená to ovšem, že tranzistor lze nahradit dvěma diodami. Vývody tranzistoru se nazývají emitor – E, kolektor – C (K) a báze – B.
• Unipolární tranzistory – aktivní polovodičová součástka řízená elektrickým polem. Velikost procházejícího proudu je určována napětím na řídící elektrodě G.
  • Unipolární tranzistory využívají k řízení proudu procházejícího tranzistorem elektrostatické pole. Vedení proudu se účastní pouze náboje jedné polarity, proto se tranzistory nazývají unipolární. Někdy se můžeme setkat s označením FET – z anglického field effect tranzistor (tranzistor řízený elektrickým polem). Unipolární tranzistory jsou elektrostaticky citlivé součástky vyžadující speciální zacházení.
• IGBT tranzistory – kombinace předcházejících tranzistorů využívá výhod obou typů, používá se ve výkonové elektronice.

Použití tranzistorů:

• 1) Tranzistor jako zesilovač – tranzistor zesiluje vstupní proudový, nebo napěťový signál.
• 2) Tranzistor jako spínač – tranzistor v otevřeném, nebo uzavřeném stavu funguje jako spínací prvek.

Funkce tranzistoru:

• Mezi vrstvami jsou 2 přechody PN, označené J1 a J2. Z nich 1 (J1) proveden jako vstřikový.
• Levá vrstva N1 je emitor E, prostřední vrstva P1 je báze, Ba pravá vrstva N2 je kolektor E.

Základní zapojení tranzistoru:

• Na tranzistoru zapojeném do obvodu rozeznáváme vstup a výstup, vstup je na 2 svorkách, kterými do tranzistoru vstupuje signál, který v něm má být zesílen.

Cívka

• Elektrotechnická součástka používaná v elektrických obvodech:
  • k vytvoření magnetického pole elektrického proudu, které se dále využívá k působení magnetickou silou – cívka slouží jako elektromagnet
  • k indukci elektrického proudu proměnným magnetickým polem – cívka slouží jako induktor (nositel indukčnosti)
• Cívka je zároveň kmitočtově závislá součástka, dle závislosti proudu v součástce je lineární. Je to dvoupólová součástka, cívkami získáváme potřebnou indukci – jednotka indukce je 1 H – Henry, součástka lineární a frekvenčně závislá.

Stavba cívky:

• Cívka se skládá z vodiče navinutého na izolační nosnou kostru.
• Vinutí muže být jednovrstvé nebo vícevrstvé. V případě vícevrstvých cívek je třeba použít tzv. křížového vinutí, aby se omezila vlastní elektrická kapacita cívky. Navinutý vodič muže být i samonosný – bez kostry.
• Vodic v cívce má mít co nejmenší rezistivitu, aby v cívce nedocházelo k velkým tepelným ztrátám. Nejčastěji používaným materiálem je měď.

Druhy cívek:

• Bez jádra (vzduchové) – samostatné – závit vedle závitu
  • Vinuté na kostře – křížové vinutí, vinutí ,,na divoko“
  • Cívky jsou realizované buď jako samonosné, případně se při větším počtu závitů vinou na kostřičky z izolačního materiálu. Speciální skupinu tvoří tzv. plošné cívky, které jsou vytvořeny vyleptáním měděné fólie, tvořící obrazec plošného spoje do tvaru závitu. Jejich oblast použití spadá především do vf obvodů v přijímací technice.
• S jádrem: (většinou z magneticky vodivého materiálu), mají větší indukčnost od 10 Mh. Zatím, co skutečný kondenzátor lze považovat za ideální (má nekonečný odpor), při výpočtech je nutné cívku považovat jako sériovou.
  • Zvětšení indukčnosti cívky lze dosáhnout při srovnatelných rozměrech zvětšením magnetického toku (snížením magnetického odporu).

Podle rozměrů a tvaru lze rozlišit obyčejnou cívku na: 

• solenoid – velmi dlouhá cívka, je podlouhlá cívka se stejně hustými závity stejného kruhového tvaru po celé délce. Délka takové cívky obvykle převyšuje její průměr, magnetické pole uvnitř cívky se tak obvykle považuje za rovnoměrné (konstantní).
• toroid – cívka stočená do kruhu. Cívky lze rozdělit podle frekvence střídavého proudu, pro kterou je určená – nízkofrekvenční cívky a vysokofrekvenční cívky. V elektronice je toroid cívka s jádrem prstencového tvaru, obvykle se závity rovnoměrně rozmístěnými po celém obvodu jádra. Tento tvar je také základem konstrukce řady typů magnetických nádob.

Spojování cívek:

• Při sériovém zapojení cívek se zvětšuje celková indukčnost.
• Při paralelním zapojení se celková indukčnost zmenšuje.

Cívka ve stejnosměrném, střídavém obvodu:

• V obvodu stálého stejnosměrného proudu se cívka projevuje pouze svým elektrickým odporem.
• Kolem cívky se průchodem stejnosměrného proudu vytváří stálé magnetické pole. Magnetický indukční tok závisí přímo úměrně na indukčnosti cívky a velikosti proudu.

—–

• V obvodu střídavého proudu vzniká kolem cívky proměnné magnetické pole, které v cívce indukuje elektromotorické napětí. Indukované napětí působí vždy proti změnám, které je vyvolaly (Lenzův zákon), což má za následek vznik impedance, u cívky nazývané induktance, cívka rovněž způsobuje fázový posuv střídavého proudu oproti střídavému napětí o π/2 neboli 1/4 periody.

Použití cívek:

• Transformátory, tlumivky, filtry, rezonanční obvody, reproduktor, zvonek, elektromotor, elektromagnetické relé, elektromagnetický jeřáb.
• Cívka jako induktor – využívá se elektrické napětí indukované proměnným magnetickým polem kolem cívky

Článek Tranzistory a cívky – maturitní otázka se nejdříve objevil na Studijni-svet.cz.

Téma: Usměrňovače

Předmět: Elektronika

Přidal(a): David Veselík

Usměrňovač je elektrické zařízení, které se používá k přeměně střídavého elektrického proudu na proud stejnosměrný. Protože elektronické obvody ke své činnosti obvykle potřebují stejnosměrný proud a k distribuci elektrické energie se využívá proud střídavý, bývá usměrňovač součástí většiny elektrických přístrojů a zařízení spotřební elektroniky, napájených z elektrické sítě.

Usměrňovače se dělí na řízené a neřízené z hlediska principu činnosti. U neřízených usměrňovačů je výstupní napětí určeno způsobem zapojení usměrňovače. U řízených usměrňovačů je možno výstupní napětí regulovat. Řízené usměrňovače obsahují aktivní součástky (např. tyristory).

• Řízené usměrňovače mají obdobný princip jako neřízené. Ovšem místo diod se používají aktivní součástky, jako jsou např. tyristory a tranzistory. Použití aktivních polovodičových součástek umožňuje regulovat výstupní napětí usměrňovače.
• Při neřízeném usměrnění se používají diody. Výstupní napětí není proto nastavitelné, ale je určeno amplitudou vstupního napětí a zapojením usměrňovače. Při požadavcích velkých stejnosměrných výkonů jsou používány trojfázové usměrňovače připojované na trojfázové síťové rozvody. Neřízený dvoucestný usměrňovač s děleným vinutím se využívá i dnes kvůli snížení ztrát na výkonových diodách – není třeba použít 4, ale pouze 2 diody.

Aktivní usměrňovač (na bázi IGBT tranzistorů):

• Plně řízený, jsou sofistikovaná elektronická zařízení využívající pulsně šířkovou modulaci, mají ve srovnání s klasickými usměrňovači vyšší ztráty

Filtrace napětí na rozdíl od akumulátoru nedodává usměrňovač ideální stejnosměrné napětí, ale pulzující stejnosměrné napětí, které si lze představit jako směs ideálního stejnosměrného napětí a střídavé složky.

Rozdělení usměrňovačů podle druhu usměrňovacího prvku:

Podle druhu usměrňovacího prvku se dělí usměrňovače na:

• Polovodičové (křemík, germanium, selen)
• Elektronkové Rtuťové (150KV a 10 000A) – trakční napájení.

Pro průmyslové účely se na přeměnu střídavého na stejnosměrný proud používalo dříve také spojení elektromotoru a dynama – motorgenerátor.

V současnosti se používají téměř výhradně polovodičové usměrňovače na bázi křemíku.

Voltampérová charakteristika:

• Základní informaci o vlastnostech diody dává její VA-charakteristika, což je závislost stejnosměrného proudu, který prochází diodou, na připojeném stejnosměrném napětí.
• V přímém směru je dioda otevřena (I. kvadrant), v závěrném směru je dioda uzavřena (III. kvadrant) až do napětí UBR, po jehož překročení nastávají v polovodičovém materiálu destruktivní procesy a dioda se zničí.

Článek Usměrňovače – maturitní otázka se nejdříve objevil na Studijni-svet.cz.