STOJAN RISTI

ELEKTRONSKE KOMPONENTE

PREDAVANJA Godina: I Semestar: II

Elektronski fakultet Ni

2010.

2

SADRAJ1. UVOD 2. KOMPONENTE SA IZVODIMA I KOMPONENTE ZA POVRINSKO MONTIRANJE (SMD)2.1. KOMPONENTE SA IZVODIMA 2.2. KOMPONENTE ZA POVRINSKO MONTIRANJE SMD 2.3. KUITA 2.4. LEMLJENJE KOMPONENATA 7

9 9 10 13 18 25 25 25 26 28 29 31 33 35 37 38 39 40 40 41 42 43 44 44 46 47 48 48 52 53 55 58 58 58 60 61 61

3. OTPORNICI3.1. OPTE O OTPONICIMA 3.1.1. Vrste otpornika 3.1.2. Osnovne karakteristike otpornika 3.1.3. Nizovi nazivnih vrednosti otpornosti i klase tanosti 3.1.4. Oznaavanje otpornika 3.1.5. Stabilnost karakteristika otpornika 3.1.6. Frekventna svojstva otpornika 3.2. NENAMOTANI OTPORNICI STALNE OTPORNOSTI 3.2.1. Ugljenini otpornici 3.2.2. Metalslojni otpornici 3.2.3. Slojni kompozitni otpornici 3.2.4. Maseni kompozitni otpornici 3.2.5. ip otpornici 3.2.6. Otporniki moduli (otpornike mree) 3.3. NAMOTANI OTPORNICI STALNE OTPORNOSTI 3.3.1. Temperaturna kompenzacija 3.4. OTPORNICI PROMENLJIVE OTPORNOSTI (POTENCIOMETRI) 3.4.1. Osnovne karakteristike potenciometara 3.4.2. Vrste potenciometara 3.4.3. Regulacioni otpornici (trimeri) 3.5. OTPORNICI SA NELINEARNOM PROMENOM OTPORNOSTI 3.5.1. NTC otpornici 3.5.2. PTC otpornici (pozistori) 3.5.3. Varistori 3.5.4. Fotootpornici

4. KONDENZATORI4.1. OPTE O KONDENZATORIMA 4.1.1. Kapacitivnost kondenzatora 4.1.2. Klase tanosti; oznaavanje kondenzatora 4.1.3. Dielektrici i dielektrina konstanta 4.1.4. Otpornost izolacije i vremenska konstanta kondenzatora3

4.1.5. Frekventna svojstva kondenzatora 4.1.6. Gubici u kondenzatoru 4.1.7. Stabilnost kondenzatora 4.2. KONDENZATORI STALNE KAPACITIVNOSTI 4.2.1. Papirni kondenzatori 4.2.2. Kondenzatori sa plastinim i metaliziranim plastinim folijama 4.2.3. Liskunski kondenzatori 4.2.4. Stakleni kondenzatori 4.2.5. Keramiki kondenzatori 4.2.6. Elektrolitski kondenzatori 4.2.7. UltraCap kondenzatori 4.3. KONDENZATORI PROMENLJIVE KAPACITIVNOSTI 4.3.1. Obrtni kondenzatori 4.3.2. Polupromenljivi kondenzatori trimeri 4.3.3. Varikap diode

63 64 66 67 68 68 71 72 72 75 80 82 82 82 83 85 85 85 86 89 90 92 93 98 98 98 100 102 104 105 106 107 108 108 111 114 115 116 117 121 121 124 125 126

5. KALEMOVI5.1. OPTE O KALEMOVIMA 5.1.1. Induktivnost kalemova 5.1.2. Kalemska tela i vrste namotaja 5.1.3. Frekventna svojstva kalemova 5.1.4. Faktor dobrote kalemova 5.2. KALEMOVI BEZ JEZGRA 5.3. KALEMOVI SA JEZGROM

6. TRANSFORMATORI I PRIGUNICE6.1. KONSTRUKCIJA I PRORAUN 6.1.1. Materijali za magnetna jezgra 6.1.2. Oblici magnetnih jezgara 6.1.3. Osnovne relacije kod transformatora 6.2. MRENI TRANSFORMATORI 6.2.1. Dimenzionisanje jezgra 6.2.2. Namotaji 6.3. PRIGUNICE

7. OSNOVNE OSOBINE POLUPROVODNIKA7.1. ELEMENTARNI POLUPROVODNICI I POLUPROVODNIKA JEDINJENJA 7.2. SLOBODNI ELEKTRONI I UPLJINE U POLUPROVODNICIMA 7.3. PRIMESNI POLUPROVODNICI 7.3.1. Poluprovodnici n-tipa 7.3.2. Poluprovodnici p-tipa 7.4. ENERGETSKE ZONE 7.5. TRANSPORT NOSILACA NAELEKTRISANJA 7.5.1. Drift nosilaca naelektrisanja 7.5.2. Specifina otpornost i provodnost homogenih poluprovodnika; driftovska struja 7.5.3. Difuzija u poluprovodnicima; difuziona struja 7.5.4. Ukupna struja

4

8. DIODE8.1. p-n I n-p SPOJEVI 8.1.1. Ravnoteno stanje na p-n spoju 8.1.2. Kapacitivnost prostornog naelektrisanja 8.2. STRUJA DIODE 8.2.1. Testiranje ispravnosti dioda 8.3. PROBOJ p-n SPOJA 8.3.1. Zenerov proboj 8.3.2. Lavinski proboj 8.4. KONTAKT METAL-POLUPROVODNIK 8.5. PRIMENA DIODA U IZVORIMA NAPAJANJA

127 127 131 135 136 139 141 141 142 143 144 150 150 153 156 157 157 157 161 163 164 165 166 167 169 174 176 177 178 181 181 183 184 188 188 193 193 197 198

9. BIPOLARNI TRANZISTORI9.1. VRSTE TRANZISTORA 9.1.1. Nain rada tranzistora 9.2. KOEFICIJENT STRUJNOG POJAANJA 9.3. STATIKE STRUJNO-NAPONSKE KARAKTERISTIKE 9.3.1. Statike strujno-naponske karakteristike tranzistora sa uzemljenom bazom 9.3.2. Statike strujno-naponske karakteristike tranzistora sa uzemljenim emitorom 9.4. PRIMENA TRANZISTORA 9.5. ELEKTRINI MODEL TRANZISTORA 9.6. TESTIRANJE ISPRAVNOSTI TRANZISTORA

10. MOS TRANZISTORI10.1. VRSTE MOS TRANZISTORA 10.1.1. Osnovni principi rada MOS tranzistora 10.2. IZLAZNE KARAKTERISTIKE MOS TRANZISTORA 10.3. PRENOSNE KARAKTERISTIKE MOS TRANZISTORA

11. OSNOVI FOTOELEKTRONSKIH KOMPONENATA11.1. FOTODIODA 11.2. FOTOGENERATOR (SOLARNA ELIJA) 11.3. FOTOTRANZISTOR 11.4. SVETLEE DIODE (LED) 11.6. KOMPONENTE SA SVETLOSNOM SPREGOM 11.6. POLUPROVODNIKE LASERSKE DIODE

12. OSNOVI INTEGRISANIH KOLA12.1. VRSTE INTEGRACIJE 12.2. VRSTE INTEGRISANIH KOLA 12.2.1. Monolitna inetgrisana kola 12.2.2. Tankoslojna i debeloslojna integrisana kola 12.2.3. Hibridna integrisana kola5

13. TAMPANE PLOE13.1. JEDNOSLOJNE TAMPANE PLOE 13.1.1. Izrada crtea tampanog kola 13.1.2. Prenoenje crtea na ploicu 13.1.3. Nagrizanje ploice 13.1.4. Dvostrano tampana ploa 13.2. VIESLOJNE TAMPANE PLOE 13.3. TAMPANE PLOE ZA POVRINSKU MONTAU

201 202 203 206 210 211 212 214

6

1. UVODDanas se ve pouzdano moe tvrditi da smo savremenici elektronske revolucije. Uvoenje pojma elektronska revolucija ima i stvarni smisao, s obzirom da se kod nje mogu izdvojiti nekoliko faktora bitnih za svaku revoluciju. Prvi od njih je veliina i raspon promene: elektronska revolucija je iz osnova promenila drutvo, zahvatajui pojedinca, njegov dom i radno mesto, obrazovanje, ivotni vek, pa ak i nain raanja i smrti. Druga osobina elektronske revolucije je brzina kojom je osvojen svet, iako vreme njenog najjaeg uticaja traje svega tridesetak godina. Najzad, posle pokretanja, elektronsku revoluciju nita vie nije moglo zaustaviti. Svake godine u elektronici nas impresionira sve ve}i broj tehnolo{kih inovacija, koje su, prvenstveno, posledica intenzivnog razvoja elektronskih komponenata. Ipak, s pravom se mo`e re}i da su ta teholo{ka ~uda veoma skromna u odnosu na ono {to tek dolazi. Pogled na samo deo budu}nosti tehnologije izrade elektronskih komponenata i elektronskih naprava fascinira da je, prakti~no, nezahvalno prognozirati {ta }e se sve i kako u budu}nosti proizvoditi. Kada je re~ o elektronskim komponentama, osnovni cilj }e i dalje biti smanjivanje dimenzija istih, sve do nivoa molekula, pa, ~ak, i atoma. Elektronika bazirana na takvim komponentama ve} sada se zove molekularna elektronika. Pored znatno ve}eg stepena integracije, odnosno izuzetno ve}eg broja komponenata po ~ipu, smanjivanje dimenzija komponenata dove{}e do daljeg pove}anja brzine njihovog rada. Naravno, postoje}i materijali bi}e zamenjeni drugim, tako da }e i principi rada sada{njih komponenata biti druga~iji. Na sl. 1.1 prikazano je kako su se tokom godina smanjivale dimenzije (konkretno du`ina) komponenata.

Sl. 1.1. Smanjivanje dimenzija komponenata tokom godina i predvi|anje do 2020. godine.

Elektronske komponente se mogu podeliti u dve osnovne grupe: pasivne i aktivne. Pod pasivnim komponentama se podrazumevaju one komponente koje nisu u stanju da pojaavaju neki elektrini signal; suprotno njima, komponente koje pojaavaju elektrini signal jesu aktivne7

komponente. Treba napomenuti da se, pored toga to osnovu savremene elektronike ine poluprovodnike komponente i integrisana kola, pasivne elektronske komponente i dalje masovno proizvode i ugrauju u elektronske ureaje, ali da je, zbog velikog broja i raznovrsnosti, praktino nemogue opisati sve postojee komponente. Na sl. 1.2 su prikazane osnovne pasivne i aktivne elektronske komponente kojima e biti posveena panja u okviru ovoga predmeta, sa naznakom glave u kojoj e biti razmatrane.

Sl. 1.2. Osnovne pasivne i aktivne elektronske komponente kojima e biti posveena panja u okviru kursa koji sledi, sa naznakom glave u kojoj e biti razmatrane.

8

2. KOMPONENTE SA IZVODIMA I KOMPONENTE ZA POVRINSKO MONTIRANJE (SMD)Svaka elektronska komponenta mora da poseduje elektrini prikljuak kojim se povezuje sa drugim komponentama u elektrinom kolu. Prema izgledu tih elektrinih prikljuaka elektronske komponente se dele na komponente sa izvodima (to su tkzv. klasine komponente) i na komponente za povrinsko montiranje, ili SMD (od Surface Mounted Devices). Vizuelna razlika izmeu ovih dveju vrsta komponenata moe se uoiti sa sl. 2.1, na kojoj je predstavljen vieslojni keramiki kondenzator u obe verzije.

Sl. 2.1. Vieslojni keramiki kondenzator sa ianim izvodima i u SMD izvedbi.

2.1. KOMPONENTE SA IZVODIMADa bi se, u cilju oformljenja unapred definisanih elektronskih kola, komponente sa izvodima (sl. 2.2) nanosile na tampane ploe neophodno je da te ploe poseduju otvore (sl. 2.3) kroz koje se uvlae izvodi komponenata, koji se sa suprotne strane ploe leme (sl. 2.3 i sl. 2.4 a).

Sl. 2.2. Komponente sa izvodima (tkzv. klasine komponente).

9

Sl. 2.3. tampana ploa sa otvorima (rupama) za montiranje komponenata sa izvodima.

Sl. 2.4. a Montiranje komponenata sa izvodima; b, c povrinsko montiranje komponenata.

2.2. KOMPONENTE ZA POVRINSKO MONTIRANJE SMDOdmah treba rei da SMD (sl. 2.5) nisu bezizvodne komponente, ve su kod njih izvodi takvog oblika (nekada su to samo kontaktni zavreci) da omoguuju povrinsko montiranje komponenata. Dakle, povrinski montirane komponente, za koje se odmah naglaava da su veoma malih dimenzija (sl. 2.6 i sl. 2.7), jesu komponente koje se direktno leme za tampanu plou, a ne ubacuju se u nju ili neku drugu podlogu (sl. 2.4 b, sl. 2.4c i sl. 2.8). SMD tehnologija ima nekoliko prednosti u odnosu na montiranje komponenata sa izvodima. Prva i najoiglednija prednost jeste drastino poveanje raspoloivog prostora na tampanoj ploi, s obzirom da su komponente za povrinsko montiranje izuzetno malih dimenzija. Na taj nain SMD tehnologija prua mogunost da se prevaziu ogranienja u pogledu veliine i teine i daje dopunski stepen slobode pri projektovanju novih minijaturnih elektronskih kola.10

Otpornik

Keramiki kondenzator

Elektrolitski Al kondenzator

Otporniki modul

Svetlee diode (LED)

Tranzistor (SOT 23)

Diode (SOD 80C)

Integrisana kolaSl. 2.5. Komponente za povrinsko montiranje SMD.

Sl. 2.6. Jedno integrisano kolo u SMD izvedbi u poreenju sa vrhom prsta.

11

Druga velika prednost je ekonomska. Naime, povrinskim montiranjem komponenata moe da se utedi do 50% ukupnih trokova sklapanja tampanih ploa, a to se postie automatskim ureajima za montau. Istina, i kod komponenata sa izvodima se koristi automatsko ubacivanje izvoda u otvore na tampanoj ploi, ali ta tehnika, iako je brza i pouzdana, zahteva priblino 30% vie prostora na ploi u poreenju sa runom montaom. Trea prednost je u brzini nanoenja, s obzirom da se u SMD tehnologiji mogu da koriste najsavremenije metode lemljenja, kao to su talasno lemljenje i lemljenje razlivanjem, uz napomenu da je lake smetati komponente na supstrat nego ubacivati njihove izvode u otvore na tampanoj ploi. Na taj nain su SMD sistemi bri od ma kojeg ureaja za montau.

Sl. 2.7. Uz prikaz veliine SMD-a.

12

Sl. 2.8. SMD na tampanoj ploi.

etvrta prednost je u poveanju nivoa pouzdanosti gotovih ploa, uz istovremeno njihovo krae testiranje i znaajno smanjeni kart. Izuzetno mali kart kod SMD tehnologije posledica je nepostojanja otvora u tampanoj ploi, odnosno eliminacije otkaza koji nastaju prilikom formiranja i korienja tih otvora, a takoe i nemogunosti pogrenog smetanja komponenata, s obzirom da je montaa kontrolisana raunarom. Peta dobra osobina SMD tehnologije jeste to su, zbog nepostojanja izvoda, odnosno veoma kratkih izvoda, parametri parazitnih elemenata svedeni na minimalne vrednosti. To, pak, znai da su takva kola sa boljim elektrinim karakteristikama i sa veom brzinom rada. Bolje mehanike karakteristike, odnosno vea izdrljivost na udarce i vibracije jeste esta prednost kola u SMD tehnologiji. I konano, SMD mogu da imaju vei broj izvoda i kontaktnih zavretaka od klasinih komponenata sa izvodima. Nedostaci SMD tehnologije ogledaju se u sloenijim tehnolokim postupcima lemljenja (posebno kada je re o runom lemljenju), teem ispitivanju usled slabije pristupanosti kontaktima, odnosno kontaktnim zavrecima komponenata, kao i u nepostojanju nekih (posebno pasivnih komponenata) sa izrazito visokim nazivnim vrednostima (otpornika veoma velikih otpornosti, kondenzatora sa velikim vrednostima kapacitivnosti).

2.3. KUITAVelika veina komponenata, o kojima e nadalje biti rei, inkapsulirana je u odreena kuita. Kuita su, prvenstveno, neophodna da bi se sama komponenta, odnosno njen funkcionalni deo pelet (ip) (sl. 2.9), zatitio od spoljanjih uticaja (vlage, temperature, mehanikih oteenja). Pored toga, sama kuita su tako izvedena da se preko njih komponenta vezuje (lemi) u odreeno elektronsko kolo; drugim reima, kuita omoguuju da se preko njih (sl. 2.9) privrste elektrini izvodi kojima se ostvaruje elektrina veza izmeu peleta i ostalog dela elektronskog kola, odnosno drugih komponenata. Elektrina veza izmeu peleta i izvoda ostvaruje se icom koja se sa jedne strane bondira za pelet, a sa druge strane na izvod (sl. 2.9). esto se prema vizuelnom izgledu kuita moe prepoznati vrsta elektronske komponente; to se posebno moe rei za komponente sa izvodima, sl. 2.10. Meutim, kod SMD-a, kada su komponente paralelopipednog (sl. 2.1a), odnosno cilindrinog oblika (sl. 2.11b), vrlo je teko vizuelno razlikovati otpornik od kondenzatora, odnosno otpornik ili kondenzator od diode.13

Sl. 2.9. Poloaj peleta unutar kuita.

Na sl. 2.10 prikazana su najee koriena kuita za standardne (klasine) diskretne poluprovodnike komponente sa izvodima, konkretno za bipolarne tranzistore. Napominje se da kuita za komponente sa poveanom disipacijom (komponente snage) TO-3, TO-220 i TO247, imaju otvore kroz koje se zavrtnjima privruju za hladnjake, ime se poboljavaju uslovi hlaenja tih komponenata.

Sl. 2.10. Najee koriena kuita bipolarnih tranzistora sa izvodima; diode su u slinim kuitima (samo sa dva izvoda), i tada nose oznake DO.

Najee korieni tipovi i kuita SMD-a prikazani su na sl. 2.11. Paralelopipedni oblik, tkzv. ip-komponente (sl. 2.11a), imaju otpornici, kondenzatori, pa ak i neki kalemovi. Otpornici, takoe, mogu biti i cilindrinog oblika (sl. 2.11b). Cilindrini oblik kuita se koristi i za diode, a oznaava se sa SOD (skraenica od Small Outline Diodes niskoprofilne diode). Kuita diskretnih poluprovodnikih komponenata, prvenstveno se misli na tranzistore (i bipolarne i unipolarne), oznaavaju se sa SOT (od Small Outline Transistors niskoprofilni tranzistori), sl. 2.11c.14

Integrisana kola u SMD izvedbi se pakuju na vie naina. Kuita SOIC (od Small Integrated Circuits niskoprofilna integrisana kola), sl. 2.11d, koriste se za integrisana kola sa relativno malo izvoda (od 6 do 28). Najea integrisana kola tipa CHIP CARRIER (nosa ipa), sl. 2.11e, jesu PLLC (Plastic Leaded Chip Carrier, sl. 2.12); napominje se da je kod njih izvod sa donje strane savijen ka unutranjosti kuita (u obliku slova J), sl. 2.13. Na sl. 2.11f VSO oznaava kuita za veoma niskoprofilna integrisana kola (od Very Small Outline). U kuita FLATPACK (ravna) sa sl. 2.11g spadaju veoma esto koriena kvadratna QFP (Quad Flat Pack, sl. 2.12 i sl. 2.14a) i bezizvodna kvadratna QFN (Quad Flat Pack Non-lead, sl. 2.12 i 2.14b) kuita. MICROPACK (sl. 2.11h) ili TAB (od Tape Automated Bonding) interisana kola se koriste za automatsko bondiranje sa trake.

Sl. 2.11. Najee korieni tipovi i kuita komponenata za povrinsku montau.

Sl. 2.12. Podtipovi i kuita integrisanih kola za povrinsku montau.

Sl. 2.13. Izvodi (u obliku slova J) kod integrisanih kola sa kuitima tipa Chip carrier. 15

Sl. 2.14. a. Kvadratna QFP (Quad Flat Pack) kuita; (TQFP: Thin Quad Flat Pack; PQFP: Plastic Quad Flat Pack; cifra iza QFP oznaava broj izvoda); b bezizvodna kvadratna QFN (Quad Flat Pack Non-lead) kuita.

Na sl. 2.15 prikazana je tampana ploa jednog elektronskog ureaja sa povrinski montiranim komponentama, na kojoj se vide komponente u SOIC, SOT i QFP kuitima.

Sl. 2.15. Deo jednog elektronskog ureaja sa naznakom komponenata sa SOIC, SOT i QFP kuitima. 16

Za integrisana kola sa veoma velikim brojem izvoda (bolje rei kontaktnih zavretaka) pokazalo se da su najpogodnija tkzv. BGA (od Ball Grid Array) kuita, sl. 2.12 i sl. 2.16. Prednosti BGA kuita ogledaju se u sledeem: imaju svojstvo samocentriranja, imaju krae elektrine veze (a to znai manje parazitne kapacitivnosti i induktivnosti, pa samim tim veu brzinu rada), imaju manju mehaniku osetljivost izvoda, imaju vei razmak izmeu lemnih taaka i imaju bolja termika svojstva u odnosu na ostala SMD kuita.

Sl. 2.16. Integrisana kola u BGA kuitima.

Sl. 2.17. Vieipna MCP (Multi Chip Package) kuita.

17

Na ovom mestu interesantno je pomenuti da postoje, kao na sl. 2.17, vieipna kuita koja u sebi sadre vie meusobno razdvojenih i naslaganih ipova, kao i dvojna kuita (sl. 2.18), gde se, praktino, jedno kuite nalazi u drugom.

Sl. 2.18. Dvojna POP (Package on Package) kuita.

2.4. LEMLJENJE KOMPONENATAPod lemljenjem se podrazumeva postupak kojim se, pomou rastopljenog dodatnog materijala (lema), izvodi komponenata spajaju sa provodnim vezama na tampanoj ploi (ili sa izvodima drugih komponenata) u nerazdvojnu celinu. Pri lemljenju se izvodi i metal na tampanoj ploi samo zagrevaju, ali ne tope, a topi se samo materijal za lemljenje, s obzirom da ima nisku taku topljenja (reda 180oC).

Sl. 2.19. Koturovi ice za lemljenje (tinol ice). 18

Za runo lemljenje elektronskih komponenata materijal za lemljenje je najee tinol ica, sl. 2.19, prenika ne veeg od 1 mm (optimalni prenik ovakve ice je 0,7 mm). Dosadanje tinol ice, koje su se pokazale izuzetno efikasne u praksi, najee su sadrale 60% kalaja i 40% olova (taka topljenja 178oC). Meutim, svi elektronski ureaji koji e se proizvoditi u zemljama evropske unije ili koji e se u te drave uvoziti moraju da, u skladu sa direktivama RoHS (Restriction of Hazardous Substances), eliminiu iz proizvodnje tih ureaja olovo (Pb), kadmijum (Cd), ivu (Hg), hrom (Cr) i brom (Br). Stoga se proces lemljenja u proizvodnji elektronskih ureaja preusmerava na ice za lemljenje koje ne koriste olovo. U praksi to znai vie temperature topljenja (to ima za posledicu i poveanje radne temperature opreme), slabiji, tj. sporiji temperaturni odziv potrebno je dodatno vreme za rad bez olova, pojavljivanje mostova koji ne obezbeuju dobar kontakt, a takoe povrina lema je hrapava, to oteava pregled spojeva.

Sl. 2.20. Runo lemljenje komponenata.

Kod runog lemljenja komponenata sa izvodima (sl. 2.20), neophodno je prvo dobro oistiti sve delove koji e se lemiti, a zatim vrh lemilice nasloniti na lemno mesto tako da dodiruje i provodni sloj na tampanoj ploi i metalni izvod komponente koji se lemi. Odmah potom treba prisloniti tinol icu na taku koja predstavlja tromeu vrha lemilice, metalnog sloja ploice i lemnog vrha komponente, sl. 2.21a. Ako je lemilica dobro zagrejana (na oko 300oC) i ako su lemne povrine iste, vrh tinola e se trenutno istopiti i, zahvaljujui adheziji, poeti da obuhvata sve metalne povrine. Bez prekida treba nastaviti da se uvodi tinol i, kad se proceni da ga je dovoljno, skloniti tinol icu i nastaviti sa dranjem lemilice na istom mestu jo oko jedne sekunde, odnosno lem se ne sme dugo grejati moe doi do unitenja komponente ili odvajanja bakarne folije sa ploice. Posle toga se ukloni lemilica i procenjuje kvalitet uraenog lema. Ohlaeni i oformljeni tinol treba da ima oblik kupe kao na noici koja je na sl. 2.21b.

Sl. 2.21. Runo lemljenje komponenata sa izvodima. 19

Treba napomenuti da, iako postoji posebna pasta za lemljenje, nju ne treba koristiti, s obzirom da se u samoj tinol ici nalazi sredstvo koje pospeuje proces lemljenja. Meutim, to sredstvo deluje samo u prvom trenutku, kad se tinol rastapa, a posle hlaenja postaje potpuno neaktivno. Ovo sredstvo je neophodno, odnosno lemljenje je bez njega nemogue, ali ako lemljenje nije uspelo iz prvog pokuaja (npr. ako tinol nije u celosti obuhvatio lemne povrine), nita se nee popraviti samo lemilicom, bez novog tinola. Pored toga, kada delovi koji se leme (bakarna folija na tampanoj ploi i izvodi komponente) nisu isti, ili je sam proces lemljenja loe izveden, spojevi mogu da dobiju jedan od oblika kao na sl. 2.21c. U tom sluaju nije preporuljivo dalje dodavanje tinola, iako se njegovim upornim nanoenjem mogu ostvariti spojevi koji lie na one sa sl. 2.21b to su tkzv. hladni spojevi, tj. spojevi koji vizuelno izgledaju kao dobri, a u stvari su neispravni, jer ne obezbeuju elektrinu vezu na mestima lemljenja. Tada, kao i u sluaju da tinola ima previe na lemnom mestu, bolje ga je ukloniti pomou vakuum pumpice (sl. 2.22), ponovo dobro oistiti lemne povrine, pa ponoviti proces lemljenja od poetka. Vrh lemilice potrebno je s vremena na vreme obrisati vlanim suneriem, da bi se odrao uvek istim, ali se ne sme koristiti sintetiki suner (onaj koji se obino koristi u domainstvu za pranje), jer e se istopiti.

Sl. 2.22. Vakuum pumpica za uklanjanje vika tinola sa lemnog mesta.

Runo lemljenje komponenata za povrinsku montau (SMD-a) se obavlja lemilicama male snage (12 W do 18 W) sa izuzetno uzanim vrhom. U tu svrhu se na mesto lemljenja na tampanoj ploi prvo lemilicom nanese malo lemnog materijala iz tinola (sl. 2.23a), a zatim se na ta ostrvca postavi SMD (sl. 2.23b). Potom se vrh lemilice zajedno sa tinol icom prisloni na to ostrvce (sl. 2.23c), tako da se lemni materijal rastopi, a SMD lagano pritiska na dole sve dok ne legne na svoje mesto, a lem dobije oblik kao na sl. 2.23c (desno).

Sl. 2.23. Runo lemljenje komponenata za povrinsko montiranje (SMD-a).

20

Za runo lemljenje SMD-a, uz izuzetnu spretnost izvrioca lemljenja, pored opisanog lemljenja lemilicom, koriste se i duvaljke toplog vazduha, koje u principu izgledaju kao na sl. 2.24.

Sl. 2.24. Duvaljke toplog vazduha za lemljenje SMD-a.

Pored opisanog naina lemljenja SMD-a, postoji i lemljenje selektivnim grejaem. Naime, posebno oblikovani zagrejani greja se postavlja samo na izvode komponenata, tako da se svi izvodi (samo jedne komponente) istovremeno leme; ovaj nain lemljenja je posebno pogodan za lemljenje integrisanih kola sa ravnim kuitima. Izvodi (ili kontaktni zavreci) ostaju pritisnuti grejaem sve dok se mesto lemljenja ne ohladi. Nedostaci ovog lemljenja jesu to se na taj nain ne mogu lemiti svi tipovi komponenata (npr. integrisana kola sa keramikim kuitima) i to se istovremeno ne moe lemiti vie komponenata, ve samo jedna po jedna. Pored tampanih ploa samo sa komponentama sa izvodima i iskljuivo sa komponentama za povrinsku montau, postoje i tampane ploe meovitog tipa, sl. 2.25a. Osnovni koraci sklapanja (montae) tampanih ploa meovitog tipa prikazani su na sl. 2.25b. Prvo se ubacuju komponente sa izvodima u otvore na ploi i krajevi privrste; zatim se ploa okree i nanosi lepak (adheziv) na plou ili na komponentu. Posle nanoenja adheziva postavljaju se SMD i, da bi adheziv formirao dobru vezu pri lemljenju, ploa se sui. Nakon toga se komponente leme. Napominje se da je, takoe, mogue montiranje na istoj strani tampane ploe i SMD-a i komponenata sa izvodima. Metode koje su nale iroku primenu pri lemljenju SMD komponenata, posebno pri automatskoj montai SMD-a, jesu lemljenje razlivanjem i talasno lemljenje, sl. 2.26. Za lemljenje razlivanjem neophodno je korienje paste za lemljenje. Pasta za lemljenje je meavina osnovnog sredstva za lemljenje (obino srebro-paladijuma), vezivnog sredstva i tenog materijala. Ova pasta se nanosi na tampanu plou, a zatim se komponente postavljaju tako da se izvodi, odnosno kontaktni zavreci, praktino urone u pastu. Nakon toga se i tampana ploa i komponente zagrevaju, pri emu se lem razliva i ostvaruje istovremeno lemljenje svih komponenata; tipine temperature pri ovom nainu lemljenja su (215230)0C. Kod talasnog lemljenja komponente se privruju za tampanu plou lepkom, odnosno adhezivom i, nakon suenja, alje se velika koliina lema u obliku talasa preko ploe i komponenata. Za razliku od klasinog talasnog lemljenja koje se iroko primenjuje u konvencionalnoj tehnici montae tampanih ploa sa komponentama sa izvodima, kod SMD talasnog lemljenja se, najee, koristi dvostruki talas: najpre se turbulentnim talasom nanosi lem na sve kritine21

take tampane ploe, a potom se laminarnim talasom sa tih mesta uklanja suvini lem. Nedostatak ovog naina lemljenja je potrebno relativno veliko rastojanje izmeu komponenata.

Sl. 2.25. a Meoviti tipovi tampanih ploa; b nain montae ploa meovitog tipa: 1. formiranje otvora (rupa) u ploi; 2. ubacivanje komponenata sa izvodima; 3. okretanje ploe i nanoenje adheziva; 4. nanoenje komponenta za povrinsko montiranje; 5. gotove ploe, sa talasno zalemljenim komponentama.

Za ureaje automatske montae (sl. 2.27) komponente za povrinsko montiranje su najee pakovane u reljefne trake sa udubljenjima za smetaj komponenata, sl. 2.28. Reljefne trake su od papira ili kartona i namotavaju se u koture, slino filmskim trakama (sl. 2.29). Sa ovih traka komponente se uzimaju pomou pipetnih jedinica. Pipetne jedinice za podizanje (uzimanje) i postavljanje komponente predstavljaju osnovni deo ureaja za montau SMD-a na tampanu plou. Njihova izvoenja mogu biti razliita, ali kod svih njih same pipete imaju par mehanikih vilica i njima hvataju komponente iz leita u traci, a zatim ih kompjuterom upravljano sputaju na odreena mesta na tanpanoj ploi.

22

Sl. 2.26. Prikaz osnovnih koraka pri lemljenju razlivanjem i talasnom lemljenju.

Sl. 2.27. Laboratorijski ureaji za montau SMD-a. 23

Sl. 2.28. Reljefne trake sa udubljenjima za smeta SMD-a.

Sl. 2.29. Trake sa komponentama za povrinsko montiranje (na slici levo su prikazani elektrolitski kondenzatori).

24

3. OTPORNICIPod otpornikom se podrazumeva komponenta koja poseduje tano odreenu vrednost otpornosti, a koja se koristi za regulaciju raspodele elektrine energije izmeu komponenata elektronskog kola. Na sl. 3.1 su prikazani simboli kojima se oznaavaju otpornici u emama elektronskih kola.

Sl. 3.1. Simboli kojima se oznaavaju otpornici u emama elektronskih kola.

3.1. OPTE O OTPORNICIMA 3.1.1. Vrste otpornikaSa aspekta otpornosti postoje tri osnovne grupe otpornika; to su: otpornici stalne otpornosti, otpornici promenljive otpornosti (potenciometri) i nelinearni otpornici. Ako se dele po konstrukciji, otpornici mogu biti slojni, od mase i iani. U zavisnosti od namene dele se na otpornike opte i posebne namene. U otpornike opte namene spadaju otpornici od kojih se ne trae povieni zahtevi u odnosu na tanost njihove proizvodnje i stabilnost njihovih karakteristika pri eksploataciji. Oni se koriste u razliitim oblastima elektronike (najvie u ureajima iroke potronje). U otpornike posebne namene spadaju visokoomski, visokofrekventni, otpornici poviene stabilnosti (precizni i poluprecizni) i neki drugi tipovi otpornika sa posebnim zahtevima. Konstruktivni izgled otpornika stalne otpornosti prikazan je na sl. 3.2.

Sl. 3.2. Konstruktivni izgled otpornika stalne otpornosti: a otpornik od mase (cilintrini); b slojni; c slojni sa prorezima; d slojni sa spiralnim narescima.

25

3.1.2. Osnovne karakteristike otpornika1. Nazivna otpornost. Pod nazivnom otpornou, koja se jo zove i nominalna otpornost, podrazumeva se otpornost otpornika pri normalnim radnim uslovima. Nazivna otpornost i doputeno odstupanje otpornosti od nazivne vrednosti (tolerancija) najee su oznaeni na samom otporniku. Otpornost otpornika konstantnog preseka povrine S i duine l data je izrazom:

R=

l , S

(3.1)

pri emu je specifina otpornost otpornog materijala, koja se izraava u mm2/m, m ili cm. Otpornost cilindrinog otpornika ija je zapremina od otporne mase prenika D, prikazanog na sl. 3.2a, iznosi:

R=

4l . D 2

(3.2)

S obzirom da kod slojnih otpornika (o kojima e vie biti rei u delu 3.2.2) debljina otpornog sloja moe biti veoma mala, esto znatno ispod 1 m, to je kod njih u velikoj meri poremeena idealna atomska struktura, usled ega je specifina otpornost h takvih slojeva vea od zapreminske specifine otpornosti v . Stoga se za karakterizaciju tankog otpornog sloja koristi slojna otpornost RS jednaka odnosu specifine otpornosti tankog sloja h i njegove debljine h:RS = h h

(3.3)

i izraava se u / (ita se oma po kvadratu).

Sl. 3.3. Zavisnost slojne otpornosti od debljine filma, uz specifinu otpornost filma h kao parametar.

26

Dakle, slojna otpornost RS zavisi od debljine filma i njegove specifine povrinske otpornosti. To znai, a to se i vidi sa sl. 3.3, da bi se, na primer, dobila slojna otpornost RS = 100 / , mogue je koristiti materijale specifinih otpornosti h = 0,1 mm2/m, h = 1 mm2/m, h = 10 mm2/m ili h = 100 mm2/m sa debljinama filma h = 0,001 m, h = 0,01 m, h = 0,1 m ili h = 1 m, respektivno. Treba napomenuti da se vea stabilnost karakteristika osigurava debljim otpornim slojevima, pa je bolje za istu vrednost slojne otpornosti koristiti materijal vee specifine otpornosti h. Otpornost slojnih otpornika cilindrinog oblika (jedan od takvih je prikazan na sl. 3.2b), kod kojih je debljina otpornog sloja h znatno manja od prenika tela otpornika (h Lp/Cp, moe se zanemariti induktivnost otpornika i ekvivalentna ema je predstavljena paralelnom vezom Rn i Cp, sl. 3.9a, tako da je aktivna komponenta kompleksne otpornosti jednaka:Ra = Rn , 1 + ( C p R n ) 2

(3.13)

pri emu je Rn nazivna otpornost otpornika. Iz (3.13) se vidi da se pri malim vrednostima CpRn aktivna komponenta Ra malo razlikuje od Rn. Smanjenje aktivne otpornosti otpornika na visokim uestanostima zavisi, takoe, i od povrinskih efekata, skin efekta i dielektrinih gubitaka (u telu otpornika, keramici, zatitnom sloju, itd.). Uzimanje svih ovih efekata pri proraunu uticaja uestanosti na karakteristike otpornika je veoma kompleksno. Zbog toga se u praksi najee koriste zavisnosti promene otpornosti od uestanosti dobijene eksperimentalnim putem, sl. 3.10. Iz ovih zavisnosti je evidentno da se na visokim uestanostima aktivna komponenta otpornika velike otpornosti moe da smanji i nekoliko puta, o emu se mora voditi rauna pri upotrebi odreenog otpornika.

Sl. 3.10. Promena aktivne otpornosti visokoomskih ugljeninih otpornika sa uestanou.

S obzirom da otpornost otpornika zavisi od uestanosti, to e i dozvoljeni napon, takoe, zavisiti od uestanosti. Naime, pri odravanju stalne vrednosti napona, usled postojanja parazitne kapacitivnosti, na viim uestanostima struja kroz prethodno kolo bila bi uveana. Da do toga ne bi dolo, na visokim uestanostima se napon ograniava na vrednost (Vmax = Vn kada tei nuli):

34

Vdoz = Vmax

1 + (C p R p )

1

2

.

(3.14)

Za razliku od visokoomskih otpornika, koji obino imaju spiralni narezak, niskoomski otpornici se izrauju od glatkih povrina. Uproena ekvivalentna ema otpornika male otpornosti prikazana je na sl. 3.9b. Kod ovih otpornika, sa nazivnim otpornostima manjim od 300 , uticaj parazitne kapacitivnosti je znatno manji od parazitne induktivnosti. Sa porastom uestanosti impedansa raste i na nekoj uestanosti moe nastupiti rezonansa. Zavisnost modula impedanse otpornika od uestanosti ima oblik kao na sl. 3.11. Pri vrlo malim vrednostima nazivne otpornosti otpornika (pri R2 < 5Lp/Cp) moduo impedanse otpornika moe imati maksimum (obino na uestanostima iznad 100 MHz).

Sl. 3.11. Zavisnost modula impedanse niskoomskog otpornika od uestanosti.

3.2. NENAMOTANI OTPORNICI STALNE OTPORNOSTIKonstrukcija otpornika je uslovljena njegovom primenom, tipom otpornog materijala i za veinu otpornika je relativno prosta. Na sl. 3.12 su prikazani nenamotani otpornici sa izvodima, a na sl. 3.13 otpornici za povrinsku montau (SMD) i razliite kombinacije otpornika konstantne otpornosti, poznate pod nazivom otporniki moduli (otpornike mree).

Sl. 3.12. Spoljanji izgled nenamotanih otpornika sa izvodima konstantne otpornosti.

35

SMD

Otporniki moduli (otpornike mree)

Sl. 3.13. Otpornici za povrinsku montau (SMD) i otporniki moduli.

Nenamotani otpornici stalne otpornosti se mogu podeliti na nain prikazan na sl. 3.14.

Sl. 3.14. Podela nenamotanoh otpornika stalne otpornosti.

Nadalje e ukratko biti date osnovne osobenosti razliitih tipova otpornika konstantne otpornosti. Pre svega bie rei o slojnim otpornicima, koji se sastoje od otpornog sloja (filma) nanetog na izolacionu podlogu, na primer na keramiki tapi ili cevicu na ijim su krajevima uvreni kontakti. Ovi otpornici su stabilnih elektrinih karakteristika, malih dimenzija, dugog veka eksploatacije, itd. Za nanoenje otpornih materijala u obliku tankih slojeva (filmova) koristi se ili vakuumsko naparavanje ili katodno raspravanje. Vakuumsko naparavanje je metoda kod koje se, u uslovima pritiska reda (10-710-4) Pa, otporni materijal zagreva do temperature isparenja i koji se, zatim, naparava na izolatorsku podlogu. Sa druge strane, metoda katodnog raspravanja ne zahteva vakuum, ve se to raspravanje odvija u uslovima niskog pritiska, reda (0,020,1) Pa i u prisustvu nekog inertnog gasa, npr. argona. Kod ove metode egzistira jako elektrino polje izmeu katode i anode, ostvareno potencijalnom razlikom od (35) kV. Katoda je od materijala koji treba da se nanese u tankom sloju na podlogu, dok je sama podloga u blizini anode. Pozitivni joni, koji se generiu izmeu katode i anode, dobijaju dovoljnu kinetiku energiju da, udarivi u katodu, izbacuju iz nje atome, odnosno jone materijala koji se naparava i koji se potom, pod uticajem elektrinog polja, taloe na izolacionu podlogu.36

Svaka od ovih metoda ima prednosti i nedostatke. Tako, katodnim raspravanjem se dobijaju homogeniji slojevi tekotopljivih, i po hemijskom sastavu, sloenijih materijala na veoj povrini. Istovrermeno, pri procesu katodnog raspravanja, nastaje reakcija rasprenog materijala sa ostacima gasova u komori, to ozbiljno pogorava osnovna svojstva tako dobijenih slojeva. Vakuumskim naparavanjem se dobijaju najistiji slojevi. Stepen zagaenja slojeva se kontrolie pritiskom zaostalih gasova; za snienje pritiska praktino nema ogranienja. Sa druge strane, pak, vakuumskim naparavanjem se mogu dobiti samo otporni slojevi relativno prostog hemijskog sastava.

3.2.1. Ugljenini otporniciUgljenini otpornici kao otporni materijal imaju sloj pirolitikog ugljenika na keramikoj cevici ili tapiu. Debljina ovakvih slojeva, ija je otpornost znatno vea od otpornosti legura metala, iznosi od 0,001 m do 1 m. Popreni presek slojnog ugljeninog otpornika prikazan je na sl. 3.15, a na sl. 3.16 spoljanji izgled takvih otpornika. Ove otpornike odlikuju jednostavnost proizvodnje, relativno mali negativni temperaturni koeficijent otpornosti, mali nivo uma, mala zavisnost otpornosti od uestanosti i dovedenog napona, poviena stabilnost. Stabilnost se poveava primenom debljih slojeva, posebnih zatitnih prekrivaa, smanjenjem optereenja i radnih napona i dodavanjem male koliine bora.

Sl. 3.15. Presek slojnog ugljeninog otpornika.

Sl. 3.16. Spoljanji izgled nekih slojnih ugljeninih otpornika.

Otpornici sa dodatkom bora predstavljaju posebnu grupu ugljeninih otpornika i esto se zovu otpornici od sloja karbida bora. Oni su veoma stabilnih karakteristika, ija je stabilnost istog reda veliine kao i stabilnost ianih otpornika.37

3.2.2. Metalslojni otporniciOtporni sloj ovih otpornika, ija je debljina reda (0,10,5) m, a kao to se vidi sa sl. 3.14, moe biti sastavljen od legura metala (metalizirani), od oksida metala i od meavine metala i dielektrika. Popreni presek jednog metalslojnog otpornika prikazan je na sl. 3.17.

Sl. 3.17. Presek metalslojnog otpornika.

Metalslojni otpornici su 23 puta manjih dimenzija od odgovarajuih ugljeninih otpornika opte namene pri istoj nazivnoj snazi, sl. 3.18.

Ugljenini

Metalslojni

Sl. 3.18. Uporedni prikaz dimenzija ugleninih i metalslojnih otpornika.

Pored otpornika sa klasinim aksijalnim izvodima, danas metalslojni otpornici poprimaju i drugaije oblike, posebno kada je re o otpornicima koji omoguavaju njihov mehaniki kontakt sa hladnjacima. Tako, na sl. 3.19 su prikazani otpornici sa jednostranim izvodima i mogunou vezavinja za hladnjake.

Sl. 3.19. Metalslojni otpornici pogodni za hladnjake sa jednostranim izvodima.

38

Metalizirani otporniciKod metalslojnih otpornika sa otpornim slojem od legura metala (metalizirani) legure su obino sastavljene od vie metala; one mogu biti veome velike specifine otpornosti. Jedan od esto upotrebljavanih otpornih materijala za metalizirane otpornike jeste legura hroma i nikla, poznata i kao nihrom. Povrinska otpornost slojeva nihroma se regulie promenom odnosa hroma i nikla u leguri, a kada im se dodaju male koliine bakra i alumunijuma, dobija se materijal koji ima vrednost temperaturnog koeficijenta otpornosti priblino jednak nuli na sobnoj temperaturi (videti sl. 3.6). Uopte, metalizirani otpornici imaju neke bolje, a neke loije karakteristike od odgovarajuih ugljeninih otpornika opte namene pri istoj nazivnoj snazi. Naime, oni imaju bolje temperaturne karakteristike i stabilniji su i otporniji na klimatske uslove (posebno vlagu), to se postie dugotrajnom termikom i elektrinom stabilizacijom otpornog sloja. Nedostatak metaliziranih otpornika jeste manja pouzdanost pri veim disipacijama, posebno pri impulsnom radu, to je posledica lokalnog pregrevanja nehomogenog otpornog sloja. Takoe, ovi otpornici imaju loije frekventne osobine od ugljeninih otpornika.

Metaloksidni otporniciMetaloksidni otpornici imaju otporni sloj od toplotnootpornih oksida metala, najee dioksida kalaja ili oksida rutenijuma naneenih obino na staklenu podlogu (a ne na keramiku kao kod metaliziranih otpornika). U poreenju sa metaliziranim otpornicima, proizvodnja metaloksidnih otpornika je prostija, karakteristike su im sline, dimenzije identine, imaju izrazito nizak nivo uma, imaju vei temperaturni koeficijent otpornosti, ali su stabilniji pri impulsnim optereenjima i mehanikim dejstvima.

Kermetni otporniciOtpornici sa mikrokompozitnim filmovima od dielektrika i metala zovu se kermetni otpornici (naziv kermet potie od KERamika i METal). Kermetni slojevi se odlikuju vrlo velikom slojnom otpornou. Za tankoslojne otpornike najbolje karakteristike od kermetnih materijala pokazuje smesa hroma i silicijum monoksida. Taj kermet je homogen, ima visoko atheziono svojstvo, visoku temperaturnu stabilnost i dobre mehanike osobine.

3.2.3. Slojni kompozitni otporniciOvo su, praktino, debeloslojni otpornici. Kod njih se otporni materijal, koji je sastavljen od mehanikih smesa prahova provodnih materijala i organskih ili neorganskih dielektrika (kao vezivnih sredstava), u relativno debelom sloju od 7 m do 20 m, nanosi na keramiku podlogu. Jedan od takvih tipova otpornika jeste onaj kod koga se otporni sloj sastoji od smese stakla i meavine provodnih materijala. Zato to je otporni sloj kompozitnih otpornika vei nego kod tankoslojnih ugljeninih i metalslojnih otpornika, to su ovi otpornici vrlo visoke pouzdanosti. Ostale dobre osobine su, pored pomenutog, jednostavnost izrade i, uprkos retkim i skupim metalima (koji se dodaju u malom procentu), niska cena. Nedostaci su niska stabilnost, visoki nivo umova, znatna zavisnost otpornosti od prikljuenog napona i relativno loa frekventna karakteristika.39

3.2.4. Maseni kompozitni otporniciOtpornici od mase izrauju se od smese otpornih materijala i vezivnih sredstava. Ove smese se na povienoj temperaturi najee presuju u obliku tapia. Proizvodnja je jevtina, ali su veoma nestabilni, imaju relativno veliki um, otpornost im znatno zavisi od snage optereenja i temperature okoline. Otpornost i snaga im je priblino ista kao kod slojnih otpornika. Ovi otpornici se proizvode kao kompozitni i to na keramikoj bazi i na bazi laka. Otporni materijal na keramikoj bazi je od smese ugljenika i peska (zato se ovi otpornici esto i zovu ugljenini kompozitni otpornici). Otporni materijali na bazi laka su smese grafita ili ai sa vezivnim sredstvima, kao to su ugljovodonici i razliite vrste vetakih smola, sa dodatkom neorganskih materijala za ispunu (azbestno brano ili liskunsko brano). Pri presovanju otpornog materijala na povienoj temperaturi, najee u obliku tapia, umeu se sa obe strane iani izvodi za prikljuke.

3.2.5. ip otporniciip otpornici, koji se koriste za povrinsko montiranje, mogu biti sa tankim (tankoslojni SMD) i debelim (debeloslojni SMD) otpornim slojem. Na sl. 3.20 su prikazani osnovni delovi jednog tankoslojnog ip otpornika za povrinsku montau: na supstrat, koji je od alumine, keramike ili stakla, naneen je tanak sloj otpornog materijala. Tipini otporni materijali su: nihrom, legura hroma i kobalta i tantalnitrid. Otporni sloj i kontaktna elektroda (kontaktni zavretak) spojeni su metalnim filmom, odnosno spojnom elektrodom. Pored ve klasinih ip otpornika za povrinski montirane tampane ploe, danas metalslojni otpornici poprimaju i drugaije oblike, posebno kada je re o veoma preciznim otpornicima (sl. 3.21).

Sl. 3.20. Tankoslojni ip otpornik za povrinsku montau.

40

Sl. 3.21. Precizni metalslojni otpornici za povrinsku montau.

3.2.6. Otporniki moduli (otpornike mree)Otporniki moduli se sastoje od vie otpornika smeenih u jedno kuite sa vie izvoda. Izvodi mogu biti samo sa jedne strane (sl. 3.22) i tada se zovu SIL moduli (od single-in-line), i sa obe strane (sl. 3.23), tzv. DIL moduli (od dual-in-line), u kuitima slinim onim koja se koriste za integrisana kola. Moduli se mogu sastojati iz vie individualnih otpornika, ili su otpornici u njima tako povezani da ine otpornike mree (stoga se ovi moduli zovu i otpornike mree).

Sl. 3.22. SIL (single-in-line) otporniki moduli (otpornike mree).

Sl. 3.23. DIL (dual-in-line) otporniki modul.

Na sl. 3.24 prikazan je presek otpornikog modula sa jednostranim izvodima i zajednikim izvodom (tipa prvog modula na sl. 3.22). Sami otpornici u otpornikim modulima najee su dobijeni ili tankoslojnom ili debeloslojnom tehnologijom.

41

Sl. 3.24. Presek otpornikog modula sa zajednikim izvodom.

3.3. NAMOTANI OTPORNICI STALNE OTPORNOSTINamotani ili iani otpornici se koriste svuda gde je neophodna velika snaga otpornika. Ako se porede sa nenamotanim otpornicima, oni su od njih skuplji, proizvodnja je sloenija, imaju vee dimenzije (sl. 3.25) i nisu pogodni za rad na viim uestanostima. Ipak, za posebne primene ovi otpornici imaju bolje karakteristike od nenamotanih otpornika, jer se mogu koristiti pri viim temperaturama, imaju veoma nizak nivo uma, veoma su stabilni i mogu se izraivati za vee nazivne snage sa malim odstupanjem otpornosti od nazivne vrednosti. Neki tipovi ianih otpornika su standardizovani, ali se mnogi od njih rade van standarda za konkretne primene u elektronskim ureajima.

Sl. 3.25. Spoljanji izgled ianih otpornika sa i bez hladnjaka.

Ovi otpornici se dobijaju namotavanjem na izolacionu podlogu izolovane ili neizolovane ice od legura velike specifine otpornosti (hromnikal, hromaluminijum, manganin, konstantan 42

ima negativan temperaturni koeficijent otpornosti R, kazma, evanom, itd). ice su razliitih prenika. Izborom duine, prenika i legure od koje je otporna ica nainjena mogu se dobiti otpornici od 0,1 do 1 M i snaga znatno iznad 10 W.

Sl. 3.26. Oklopljavanje ianih otpornika keramikim kuitima, postavljanje hladnjaka na iste i vezivanje hladnjaka za asije.

S obzirom da iani otpornici rade sa velikim snagama, razvijajui, pri tom, visoke temperature, neki od njih se ugrauju u keramika kuita sa ljebovima, koja omoguavaju da se na njih relativno lako postave metalni hladanjaci, koji su ili slobodni, ili se, u cilju efikasnijeg hlaenja, vezuju za same asije (sl. 3. 26). Na sl. 3.27 prikazan je spoljanji izgled ianih otpornika sa hladnjacima.

Sl. 3.27. Spoljanji izgled ianih otpornika sa hladnjacima.

3.3.1. Temperaturna kompenzacijaPogodna osobina ianih otpornika jeste mogunost temperaturne kompenzacije, koja se postie namotavanjem osnovnog i kompenzacionog namotaja suprotnih znakova temperaturnih43

koeficijenata otpornosti. Neka su R1o i R2o otpornosti osnovnog i kompenzacionog namotaja pri temperaturi To, a 1 i 2 odgovarajui temperaturni koeficijenti otpornosti. Otpornost ovakve redne veze, pri promeni temperature za T, na osnovu (3.9) je: R + 2 R2 o R = Ro (1 + u T ) = ( R1o + R2o )1 + 1 1o T . R1o + R2 o

(3.15)

Potpuna temperaturna kompenzacija bie kada je dR/dT = 0, odnosno kada je ukupni temperaturni koeficijent otpornosti ove veze jednak nuli, odakle sledi uslov temperaturne kompenzacije:R1o = 2 . R2 o 1

(3.16)

3.4. OTPORNICI PROMENLJIVE OTPORNOSTI (POTENCIOMETRI)Potenciometri se primenjuju za runu regulaciju struja i napona u elektronskim kolima. Na sl. 3.28 prikazani su simboli kojima se oni oznaavaju u emama elektronskih kola. Po obliku, potenciometri mogu biti kruni i pravolinijski. Na sl. 3.29a prikazan je slojni kruni potenciometar sa osnovnim delovima, a na sl. 3.29b pravolinijski (iber) potenciometar.

Sl. 3.28. Simboli kojima se oznaavaju potenciometri u emama elektronskih kola.

3.4.1. Osnovne karakteristike potenciometaraPored osnovnih parametara koji definiu otpornike konstantne otpornosti, potenciometre karakteriu jo i sledee osobine: nazivna vrednost ukupne otpornosti, minimalna otpornost, poetni skok otpornosti, postojanost na habanje, dopunski kontaktni um i zakon promene otpornosti. Nazivna vrednost ukupne otpornosti potenciometra jeste otpornost izmeu nepokretnog (11) i pokretnog (12) izvoda (sl. 3.29a), pri maksimalnom uglu obrtanja m pokretnog sistema ( = 270o300o) obrtnih potenciometara, odnosno pri maksimalnom poloaju klizaa kod iber potenciometara. Poetni skok otpornosti predstavlja minimalnu vrednost otpornosti od koje poinje ravnomerna promena otpornosti potenciometra. Ova vrednost obino iznosi (12)% ukupne otpornosti za potenciometre sa logaritamskom promenom, odnosno (510)% za potenciometre sa linearnom promenom otpornosti.

44

a.

b.

Sl. 3.29. a Slojni kruni potenciometar: 1 otporni sloj; 2 zakivka; 3, 11, 12 izvodi; 4 osnova od plastine mase ili pertinaksa; 5 izvod struje; 6 kontaktna etkica; 7 dra etkice; 8 osovina; 9 nosa zavrtnja; 10 metalni poklopac. b Pravolinijski (iber) potenciometar.

Postojanost na habanje je okarakterisana sposobnou potenciometra da sauva nepromenjene karakteristike pri viestrukom korienju pokretnih delova potenciometra. Ona se ocenjuje brojem korienja tih pokretnih delova, a da pri tom karakteristike potenciometra ostanu u dozvoljenim granicama. Ovaj broj korienja iznosi kod potenciometara opte namene do 50000, a kod potenciometara za profesionalnu upotrebu 105107. Dopunski kontaktni um nastaje izmeu otpornog elementa i pokretnog kontakta kako pri pomeranju pokretnog sistema (um pomeranja), tako i pri fiksiranom poloaju istog. Nivo uma pomeranja je znatno vei od nivoa termikog i strujnog uma. Funkcionalna karakteristika otpornosti predstavlja zakon promene otpornosti izmeu nepokretnog (12) i pokretnog (11) kontakta potenciometra (sl. 3.29a) pri pomeranju pokretnog sistema, a zavisi od naina konstrukcije potenciometra. Najee se primenjuju potenciometri sa linearnom (kriva 1 na sl. 3.30), logaritamskom (kriva 2) i inverzno-logaritamskom (kriva 3) promenom otpornosti. Pored njih, postoje potenciometri i sa drugaijom promenom otpornosti, na primer sa sinusnom, kosinusnom i drugim funkcionalnim zavisnostima.

Sl. 3.30. Funkcionalne karakteristike potenciometara: 1 linearna; 2 logaritamska; 3 inverzno-logaritamska. 45

Otpornost krunih potenciometara sa linearnom promenom otpornosti (linearnih potenciometara) zavisi od ugla obrtanja pokretnog sistema, tako da je: R = Rmin + ( Rmax Rmin ) , m (3.17)

gde je Rmin poetna otpornost potenciometra, a Rmax njegova ukupna otpornost. Kod potenciometra sa logaritamskom promenom otpornosti (logaritamskih potenciometara) logaritam relativne promene otpornosti je proporcionalan relativnom pomeranju pokretnog kontakta:log R . =k Rmin m

(3.18)

Logaritamski potenciometri se primenjuju za regulaciju jaine zvuka, s obzirom da se sa njima moe postii proporcionalnost ugla obrtanja sa jainom zvuka (u decibelima). Inverznologaritamska promena otpornosti (kriva 3 na sl. 3.30) koristi se kod potenciometara od kojih se zahteva ravnomernija promena otpornosti pri veim uglovima obrtanja; obino se primenjuju za regulaciju boje tona kod prijemnih i pojaavakih audio ureaja.

3.4.2. Vrste potenciometaraKao i otpornici konstantne otpornosti, i potenciometri mogu biti nenamotani i namotani. Nenamotani potenciometri najee imaju otporni materijal u obliku sloja (slojni potenciometri). Namotani ili iani potenciometri se najee proizvode za vee snage i reostate. Slojni potenciometri imaju otporni sloj od ugljenika, oksida metala, razliitih kompozicija, kermeta i provodnih plastinih masa. Nedostatak ugljeninih i kompozitnih potenciometara je to imaju relativno slabu temperaturnu stabilnost. Boljom temperaturnom stabilnou odlikuju se potenciometri sa otpornim slojem od oksida metala; oni su veoma stabilni, ali imaju nazivne vrednosti otpornosti najvie do 100 k. Korienjem kermeta i provodnih plastinih masa kao otpornih materijala, poslednjih godina su dobijeni potenciometri sa izuzetno dobrim eksploatacionim karakteristikama, dobrom regulacijom otpornosti, niskim nivoom strujnih umova i relativno malim dimenzijama. Motani potenciometri se dobijaju motanjem ice od otpornih legura na bazi nikla, hroma, bakra, mangana, a takoe i od ica prevuenih provodnom plastikom (hibritron potenciometri). Ovi potenciometri imaju ogranienu oblast nazivnih otpornosti, poveanu parazitnu kapacitivnost i induktivnost, vrlo visoku stabilnost, imaju nizak nivo strujnih umova i mali temperaturni koeficijent otpornosti. Pri manjim snagama se motani potenciometri ree koriste od nenamotanih; obino se primenjuju za obezbeenje poveanih zahteva u pogledu tanosti i stabilnosti elektrinih i eksploatacionih karakteristika elektronskih ureaja. Naprotiv, pri velikim snagama, iskljuivo se koriste motani, i to iani, potenciometri.

a

b.

c.

Sl. 3.31. Spoljanji izgled nekih vieokretnih (helikoidalnih) potenciometara.

46

Posebnu grupu motanih potenciometara ine vrlo precizni vieokretni (helikoidalni) potenciometri (sa tolerancijom otpornosti do 1%), sl. 3.31; kod njih, da bi se dobila maksimalna vrednost otpornosti, kliza treba okrenuti (po 360o) 2-, 3-, 5- ili 10-puta. Mogu biti za direktnu ili servo ugradnju (preko kainika, sl. 3.31c).

3.4.3. Regulacioni otpornici (trimeri)Trimeri se koriste u kolima kada otpornost treba tano odrediti u toku njihovog podeavanja i koju ne treba esto menjati u toku eksploatacije. Po konstrukciji se ne razlikuju mnogo od standardnih potenciometara, sem to su manjih dimenzija i, kao i oni, mogu biti jednookretni i vieokretni, sa nenamotanim (ugljeninim, kermetnim) ili namotanim otpornim elementom. Na sl. 3.32 prikazano je nekoliko razliitih oblika regulacionih otpornika, a na sl. 3.33 dva proizvodnje BOURNS.

Sl. 3.32. Regulacioni otpornici (trimeri).

a.

b.

Sl. 3.33. Regulacioni otpornici (trimeri) proizvodnje BOURNS: a jednoobrtni trimer; b trimer sa puastim zupanikom za pomeranje klizaa (kruna putanja klizaa). 47

3.5. OTPORNICI SA NELINEARNOM PROMENOM OTPORNOSTIPoslednjih godina sve veu primenu u elektronskim ureajima imaju otpornici ija otpornost zavisi od spoljanjih uticaja, kao to su temperatura, svetlost, elektrino polje, mehanika sila, itd. S obzirom da karakteristike ovih otpornika nisu linearne funkcije promene otpornosti sa uzrokom promene otpornosti, to se ovi otpornici zajednikim imenom zovu nelinearni otpornici. Na sl. 3.34 su prikazani osnovni tipovi nelinearnih otpornika.

Sl. 3.34. Osnovni tipovi nelinearnih otpornika.

Kada se otpornost otpornika menja sa temperaturom, takvi otpornici se zovu termistori i u zavisnosti od naina zagrevanja (sl. 3.35), ovi otpornici se dele na termistore sa direktnim i indirektnim zagrevanjem. Razlikuju se dve osnovne vrste termistora: sa negativnim temperaturnim koeficijentom otpornosti (NTC otpornici) i sa pozitivnim temperaturnim koeficijentom otpornosti (PTC otpornici, ili kako se jo zovu, pozistori). Otpornici kod kojih se otpornost nelinearno menja pod uticajem elektrinog polja zovu se varistori ili VDR otpornici, a oni koji menjaju otpornost pod uticajem svetlosti jesu fotootpornici (sl. 3.34).

Direktno zagrevanje

Indirektno zagrevanje

Sl. 3.35. Naini zagrevanja termistora (NTC i PTC otpornika).

3.5.1. NTC otporniciNTC otpornici su termistori sa relativno velikim negativnim temperaturnim koeficijentom otpornosti. Najee se izrauju od polikristalnih oksidnih poluprovodnikih materijala 48

oksida prelaznih metala (od titana do cinka u Mendeljejevom sistemu). Veliku primenu su nali oksidi kobalta (Co2O3), titana (TiO2), aluminijuma (Al2O3), nikla (NiO), mangana (Mn2O3), cinka (ZnO), bakra (CuO i Cu2O), hroma (Cr2O3), kalaja (SnO), itd. Obino se upotrebljavaju smese nekoliko oksida, od kojih se, metodom keramike tehnologije, dobijaju NTC otpornici razliitog oblika, sl. 3.36.

SMD

3.36. Razliiti tipovi NTC otpornika (napomena: 2, 3, 4. i 5. termistor su sa znatno duim izvodima nego to je prikazano na slici). Radno telo NTC otpornika se pravi u obliku tapia, diska (tablete) i perlice (bisera). Ponekad se minijaturni NTC otpornici oblika perlice smetaju u staklene ampule (sl. 3.36). NTC otpornici oblika tapia imaju maksimalnu snagu od vie vati, snaga NTC otpornika u obliku diska (tablete, ploice) dostie jedva 1 W, a minijaturni NTC otpornici oblika perlice su snaga od nekoliko mW. Nadalje e se razmatrati samo NTC otpornici sa direktnim zagrevanjem. Kod takvih NTC otpornika promena otpornosti nastaje pod dejstvom toplote koja se razvija u telu termistora usled struje koja protie kroz njega, ili kao rezultat promene temperature NTC otpornika usled promene toplotnog reima termistora (npr. pri izmeni temperature okolne sredine). Njihove najznaajnije karakteristike su:1. Temperaturna karakteristika NTC otpornika to je zavisnost otpornosti NTC otpornika od temperature. Primer temperaturnih karakteristika razliitih NTC otpornika dat je na sl. 3.37. U opsegu radnih temperatura zavisnost otpornosti NTC otpornika od temperature moe se predstaviti sledeim izrazom:

B R = R exp , T

(3.19)

gde je B koeficijent temperaturne osetljivosti, ili kratko, temperaturna osetljivost i izraava se u Kelvinovim stepenima (K), T apsolutna temperatura (K) i R konstanta koja zavisi od materijala i dimenzija NTC otpornika (to je uslovna otpornost termistora na beskonano visokoj temperaturi).2. Nazivna otpornost NTC otpornika to je njegova otpornost pri odreenoj temperaturi (obino 20oC). Nazivne otpornosti razliitih tipova NTC otpornika kreu se od nekoliko do nekoliko k.49

Sl. 3.37. Temperaturne karakteristike razliitih NTC otpornika; RT0 je nazivna otpornost NTC otpornika pri T = 20oC.

3. Koeficijent temperaturne osetljivosti B to je konstanta koja se nalazi u eksponentu izraza kojim je definisana temperaturna karakteristika NTC otpornika, jedn. (3.19). Vrednost ovog koeficijenta, koji zavisi od svojstava materijala od kojeg je NTC otpornik nainjen, praktino je konstantna za dati termistor u opsegu radnih temperatura i za razliite tipove NTC otpornika iznosi od B = 700 K do B = 15000 K. 4. Koeficijent disipacije NTC otpornika H brojno je jednak snazi koju treba dovesti NTC otporniku da bi se on zagrejao za 1oC = 1K. Ovaj koeficijent se izraava u (mW/K) ili, kada se rauna po jedinici povrine, u (mW/m2K). Vrednost koeficijenta disipacije zavisi od tipa NTC otpornika i iznosi H = (0,530) mW/K. 5. Statika strujno-naponska karakteristika NTC otpornika to je zavisnost pada napona na NTC otporniku od struje koja protie kroz njega u uslovima termike ravnotee izmeu termistora i okolne sredine. Na sl. 3.38 prikazana je statika strujno-naponska karakteristika NTC otpornika u dvostrukoj logaritamskoj razmeri, ija nazivna otpornost iznosi 10 k pri 20oC; za druge vrednosti nazivnih otpornosti dobijaju se sline krive. Ova karakteristika se eksperimentalno snima pri konstantnoj temperaturi okolne sredine. Za svaku taku statike strujno-naponske karakteristike NTC otpornika postoji toplotna ravnotea. Naime, u ustaljenom reimu zagravanja NTC otpornika strujom koja protie kroz njega, sva snaga koja se razvija u termistoru predaje se okolnoj sredini, tako da je:

P=

V2 U2 = I 2 R = H (T Tos ) , R R

(3.20)

gde je T temperatura NTC otpornika, a Tos temperatura okolne sredine.

50

Sl. 3.38. Statika strujno-naponska karakteristika NTC otpornika.

Iz (3.19) i (3.20) mogue je dobiti jednainu strujno-naponske karakteristike NTC otpornika u parametarskom obliku:B V U = HR (T Tos ) exp ; T

(3.21) (3.22)

I=

H (T Tos ) exp B . R T

Dakle, oblik statike strujno-naponske karakteristike NTC otpornika odreen je samo koeficijentom disipacije H, njegovom otpornou na temperaturi T i temperaturom okolne sredine. Iz jedn. (3.21) i (3.22) mogue je odrediti ekstremume statike strujno-naponske karakteristike uz uslov da su konstantni koeficijent temperaturne osetljivosti i koeficijent disipacije:Teks = B B(B 4Tos ) 2

,

(3.23)

pri emu je Teks temperatura pri ekstremnoj vrednosti strujno-naponske karakteristike, tj. pri dU/d I = 0. Iz jedn. (3.23) sledi: statika strujno-naponska karakteristika NTC otpornika imae ekstremnu vrednost napona samo ako je ispunjen uslov B > 4Tos; temperatura, a to znai i otpornost NTC otpornika, pri ekstremnim vrednostima napona odreeni su samo vrednostima B i Tos. Temperatura NTC otpornika pri ekstremnim vrednostima napona ne zavisi, na primer, od koeficijenta disipacije, a to znai da e maksimumi (i minimumi) statikih strujno-naponskih karakteristika NTC otpornika biti tano pri jednoj te istoj vrednosti otpornosti NTC otpornika, nezavisno od njegovog oblika i dimenzija.

51

3.5.2. PTC otpornici (pozistori)Termistori sa velikom pozitivnom vrednou temperaturnog koeficijenta otpornosti se drugim imenom zovu pozistori. Koriste se kao ograniavai struje (za prekostrujnu zatitu, sl. 3.39) i kao limitatori temperature (sl. 3.40), zatim za demagnetizaciju kolor-katodnih cevi, za zatitu motora, za regulaciju struja u telefoniji (sl. 3.40), za zatitu telefonskih linija, itd. SMD

SMD

3.39. PTC za prekostrujnu zatitu.

Sl. 3.40. PTC za prekostrujnu zatitu u telefonskoj aplikaciji (prva etiri) i kao senzorski limitatori temperature (poslednja etiri).

Osnovne karakteristike PTC otpornika su: 1. Temperaturni koeficijent otpornosti pozistora ima pozitivnu vrednost (T > 0) samo u odreenom intervalu temperature, a van tog opsega je T < 0 (sl. 3.41); 2. najee je vrednost temperaturnog koeficijenta otpornosti pozistora znatno vea od apsolutne vrednosti T NTC otpornika; 3. promena otpornosti termistora sa temperaturom znatno zavisi od uestanosti; ova promena je najvea pri jednosmernoj polarizaciji i opada sa porastom uestanosti signala koji se prikljuuje na pozistor, sl. 3.41.52

Sl. 3.41. Promena otpornosti pozistora sa temperaturom i uestanou.

U najveem broju sluajeva pozistori se izrauju na bazi keramike od barijum titanata sa polikristalnom strukturom, ija se otpornost znatno smanjuje ako se doda izvesna koliina primesa. Naime, barijum titanat (BaTiO3) je dielektrik sa specifinom otpornou pri sobnoj temperaturi od (10101012) cm. Ako se u barijum titanat unese mala koliina ((0,10,3)%) primesa, kao to su lantan, niobijum, itrijum, specifina otpornost se smanjuje na vrednost (10102) cm. U delu karakteristine promene otpornosti sa temperaturom, u kome je pozitivna vrednost temperaturnog koeficijenta otpornosti, a za sluaj jednosmerne polarizacije (kriva 0 Hz na sl. 3.41), otpornost se moe aproksimirati izrazom: R PTC = A + C exp(BT ) , gde su A, B i C konstante. (3.24)

3.5.3. VaristoriVaristori ili VDR otpornici (sl. 3.42) su otpornici kod kojih se otpornost nelinearno menja sa promenom jaine elektrinog polja, odnosno napona na njima (sl. 3.43). Koriste se za naponsku stabilizaciju, posebno veih vrednosti napona. Varistori se najee izrauju od cink oksida. Nelinearnost otpornosti od elektrinog polja uslovljava nelinearnost i naponsko-strujne karakteristike varistora, sl. 3.44. Strujno-naponska karakteristika varistora data je izrazom:I = K V K U ,

(3.25)

gde je K konstanta, a koeficijent nelinearnosti varistora, ija vrednost (npr. proizvodnje SIEMENS) iznosi = 3055.53

Sl. 3.42. Razliiti tipovi varistora.

Sl. 3.43. Promena otpornosti varistora u lin-lin i log-log razmeri.

Sl. 3.44. Naponsko-strujna karakteristika varistora u lin-lin i log-log razmeri.

Iako je izrazom (3.25) definisana strujno-naponska karakteristika, proizvoai merene vrednosti struja i napona predstavljaju u obliku naponsko-strujne karakteristike; na sl. 3.45 je prikazana jedna takva realna zavisnost. Sa slike se vidi da je u radnoj oblasti koeficijent nelinearnosti 38 (U-I karakteristika u log-log razmeri na sl. 3.44 je data za radnu oblast), a dobija se na osnovu (3.25):=

log I 2 log I 1 log1 log10 3 0 (3) 3 = = = 38 . log U 2 log U 1 log 470 log 390 2.67 2.59 0.0854

Sl. 3.45. Realna naponsko-strujna karakteristika varistora.

3.5.4. FotootporniciJedan tip fotootpornika prikazan je na sl. 3.46. Fotootpornici su poluprovodniki otpornici kod kojih se otpornost smanjuje pod uticajm svetlosti. Rad poluprovodnikih fotootpornika zasnovan je na efektu fotoprovodnosti (unutranjem fotoelektrinom efektu). Izrauju se od kadmijum sulfida (CdS), kadmijum selenida (CdSe), kadmijum sulfoselenida (CdSSe), cink sulfida (ZnS), a za oblast infracrvenog zraenja od olovo sulfida (PbS), indijum antimonida (InSb), kadmijum telurida (CdTe), itd. U najveem broju sluajeva otporni materijal se nanosi na izolacionu podlogu, a preko toga se prekriva providnim materijalom, sl. 3.47.

Sl. 3.46. Jedan od moguih spoljanjih izgleda fotootpornika (uveliano).

Osnovne karakteristike i svojstva fotootpornika su: 1. Statika strujno-naponska karakteristika predstavlja zavisnost jednosmerne struje koja protie kroz fotootpornik od napona na njemu pri konstantnom osvetljaju, sl. 3.48a. Razlika izmeu struje koja protie kroz fotootpornik kada je on osvetljen i struje neosvetljenog fotootpornika (struje tame) zove se fotostruja. Strujno-naponska karakteristika fotootpornika je u veini sluajeva linearna ili bliska linearnoj, sl. 3.48a.55

Sl. 3.47. Konstruktivni izgled fotootpornika: aploica od steatita; bfotoosetljivi otporni sloj (CdS); celektrode za kontakt (ovde su u obliku elja); dprovidno kuite od epoksidne smole; eizvodi.

2. Promena otpornosti sa osvetljajem, sl. 3.48b, meri se pri razliitom osvetljenju otpornika svetlou sloenog spektralnog sastava. Ova promena otpornosti iznosi 104105 puta. 3. Svetlosna karakteristika predstavlja zavisnost fotostruje IF od osvetljenosti E, pri konstantnom naponu, sl. 3.49. U nekoj oblasti promene osvetljenosti za svetlosnu karakteristiku se koristi zavisnost:

IF = A E ,

(3.26)

gde su: A konstanta koja zavisi od tipa fotootpornika; konstanta koja zavisi od talasne duine svetlosti i tipa fotootpornika; E osvetljenost.

Sl. 3.48. a Strujno-naponska karakteristika fotootpornika; b promena otpornosti dva fotootpornika sa osvetljajem.

56

Sl. 3.49. Svetlosna karakteristika fotootpornika.

4. Spektralna karakteristika (sl. 3.50) izraava relativnu promenu fotostruje u zavisnosti od talasne duine svetlosti koja pada na fotootpornik. Karakteristino je za sve fotootpornike da postoji talasna duina opt, zavisno od materijala od koga je sainjen fotootpornik, pri kojoj je najvea promena fotostruje. To je tzv. maksimalna spektralna osetljivost.

Sl. 3.50. Spektralna karakteristika fotootpornika.

57

4. KONDENZATORIKondenzator predstavlja sistem od najmanje dva provodna tela (ploe, folije, metalizirane folije) razdvojena dielektrikom, a koji ima sposobnost akumulacije elektrine energije. Na sl. 4.1 su prikazani simboli kojima se oznaavaju kondenzatori u emama elektronskih kola.

Sl. 4.1. Simboli kojima se oznaavaju kondenzatori u emama elektronskih kola.

4.1. OPTE O KONDENZATORIMA 4.1.1. Kapacitivnost kondenzatoraOsnovna veliina kondenzatora je njegova elektrina kapacitivnost C, koja je odreena odnosom koliine naelektrisanja Q i napona V na oblogama kondenzatora:C= Q . V

(4.1)

Nazivna kapacitivnost jeste kapacitivnost pri normalnim radnim uslovima i oznaena je na samom kondenzatoru. Nazivne kapacitivnosti kondenzatora sa dozvoljenim tolerancijama biraju se iz nizova E6, E12... datih u T3.1. Kapacitivnost se izraava u faradima (F). Meutim, s obzirom da je farad vrlo velika jedinica, kapacitivnost se obino izraava u mikrofaradima (F), nanofaradima (nF) i pikofaradima (pF). Kapacitivnost kondenzatora zavisi od vrste dielektrika, geometrijskog oblika, dimenzija, itd. Uticaj dielektrika na kapacitivnost je uslovljen intenzitetom polarizacije samog dielektrika. Kao to je poznato, sposobnost dielektrika da se polarizuje u elektrinom polju karakterie se dielektrinom propustljivou, koja se jo zove i dielektrina konstanta:

= r o ,

(4.2)

gde je r relativna dielektrina konstanta dielektrika, a o dielektrina konstanta vakuuma i ona iznosi o = 8,8510-12 F/m. Kapacitivnost kondenzatora razliitih konstrukcija (sl. 4.2) izraunava se sledeim izrazima, u kojima je kapacitivnost u pF, a dimenzije u cm: kapacitivnost ploastog kondenzatora sa N obloga (sl. 4.2a):

58

a.

b.

Sl. 4.2. Kondenzatori razliitih konstrukcija: a ploasti sa vie obloga; b tubasti.

C = or

S (N 1) S ( N 1) = 0,0885 r , d d

(4.3)

pri emu je S povrina obloga, a d debljina dielektrika (rastojanje izmeu obloga); kapacitivnost tubastog kondenzatora, dobijenog namotavanjem trake (sl. 4.2b): C = 0,177 r bL , d (4.5)

gde je b irina, a L ukupna duina trake. Kada je vie kondenzatora vezano paralelno (na sl. 4.3 su, kao primer, prikazana dva paralelno vezana kondenzatora), ukupna kapacitivnost Cekv takve veze je:C ekv = C i ,i =1 n

(4.6)

a kada je njih vie vezano na red, ukupna kapacitvnost se izraunava na osnovu izraza:n 1 1 = . C ekv i =1 C i

(4.5)

Sl. 4.3. Paralelno i redno vezivanje dva kondenzatora. 59

4.1.2. Klase tanosti; oznaavanje kondenzatoraKada je to mogue, vrednosti kapacitivnosti kondenzatora (ako nije posebno naglaeno, u pF), kao i dozvoljena odstupanja kapacitivnosti od nazivne vrednosti, nazivni napon, itd. ispisuju se na samom telu kondenzatora. Dozvoljena odstupanja kapacitivnosti od nazivne vrednosti, koja se izraavaju u procentima, definisana su klasama tanosti. Ta odstupanja mogu biti simetrina (10%, 20%) i nesimetrina (10%, +30%). S obzirom da veoma esto, zbog malih dimenzija kondenazatora, na njima nema mesta za ispisivanje tolerancije kapacitivnosti, to je za iste uveden sistem slovnog oznaavanja (isti standard vai i za oznaavanje tolerancije otpornosti otpornika); na primer, oznaka F se odnosi na toleranciju 1% (100 F 100 pF 1%), a J na toleranciju 5% (47 J 47 pF 5%)1. Pored toga, za oznaavanje kondenzatora koriste se i boje koje se nanose u obliku trake ili take (videti fusnotu br. 2). Naalost, nain oznaavanja kondenzatora bojama, kao i slovima i ciframa, nije jedinstven za sve vrste kondenzatora i esto odstupa od standarda. Kada se kapacitivnost u pF oznaava pomou tri cifre, trea cifra kazuje koliko nula ima iza prve i druge cifre. Na primer: 220 pF 221; 47 pF 470; 56 nF 563. Meutim, kada se kapacitivnost oznaava takom iza koje je neka cifra, onda je C u F; na primer: .0047 0,0047 F. Na sl. 4.3 je prikazano nekoliko naina oznaavanja kondenzatora (uz korienje T2.1 i T2.2 u knjizi navedenoj u fusnoti br. 2).

1000 pF = 1 nF 10%, 50 VDC

0,22 F 10%, 250 VDC

4,7 nF, 400VDC

0,15 F 20%, 100 VDC

47 pF 20%, C = 2200 ppm/oC

0,47 F, 100VDC

10 nF 20%, 250 VDC

330 nF 5%, 160 VDC

20 pF 20%, 50 VAC, 400VDC

Sl. 4.3. Razliiti naini obeleavanja kondenzatora; naalost, mnogi proizvoai imaju svoja interna obeleavanja, tako da je za konkretnu primenu kondenzatora neophodno korienje kataloga dotinog proizvoaa.

1

O detaljnijem ozna~avanju kondenzatora, kako slovima tako i bojama, videti u knjizi: Stojan Risti}, "RLC komponente", Prosveta, Ni{, 2005.

60

4.1.3. Dielektrici i dielektrina konstantaKapacitivnost i karakteristike kondenzatora znatno zavise od toga koji je dielektrik upotrebljen u kondenzatoru. Pored podele na polarne i nepolarne, dielektrici se mogu podeliti i u sledee grupe: Liskun, staklo, keramika sa malim gubicima (keramika tipa I) i njima slini; koriste se za kondenzatore ije su kapacitivnosti od nekoliko pF do nekoliko stotina pF. Keramika sa velikom vrednou dielektrine konstante (keramika tipa II i tipa III); koristi se za kondenzatore kapacitivnosti od nekoliko stotina do nekoliko desetina hiljada pF. Papir i metalizirani papir; koristi se za kondenzatore kapacitivnosti od nekoliko hiljada pF do nekoliko F. Oksidni slojevi; koriste se za elektrolitske kondenzatore kapacitivnosti reda F i vee. Dielektrici u obliku folija, kao to su stirofleks, poliester, polikarbonat, itd.; koriste se za kondenzatore kapacitivnosti od stotinu pF do nekoliko F. Dielektrina konstanta dielektrika zavisi, u optem sluaju, od temperature, napona i uestanosti promene elektrinog polja izmeu obloga kondenzatora, a takoe i od niza drugih spoljanjih faktora, to znai da je i kapacitivnost kondenzatora funkcija pomenutih veliina.

4.1.4. Otpornost izolacije i vremenska konstanta kondenzatoraRealni dielektrici poseduju neku elektroprovodnost, uslovljenu postojanjem slobodnih jona i elektrona u njima. Ta provodnost je mala, ali ipak konana. Konstantna struja Icu koja protie kroz dielektrik pod uticajem napona na oblogama kondenzatora i koja je, praktino, struja gubitaka, zove se struja curenja. Prema tome, otpornost dielektrika, odnosno otpornost izolacije kondenzatora, a to je otpornost izmeu obloga kondenzatora, jednaka je:R= V . I cu

(4.6)

Struja curenja Icu je vrlo mala, reda stotog ili hiljaditog dela mikroampera (izuzev kod elektorlitskih kondenzatora) i raste sa temperaturom priblino po eksponencijalnom zakonu, tako da otpornost izolacije jako zavisi od temperature i veoma je velika (izraava se u megaomima, gigaomima, a takoe i u teraomima). Otpornost izolacije prvenstveno zavisi od specifine zapreminske otpornosti dielektrika i od njegovih dimenzija (debljine d i povrine S):R= d . S

(4.7)

Otpornost izolacije se meri pri normalnim klimatskim uslovima. Sa poveanjem temperature ova otpornost se eksponencijalno smanjuje (sl. 4.4). Za N = 2, iz (4.3) i (4.7) sledi:RC = o r = C .

(4.8)

Veliina C = RC se zove vremenska konstanta kondenzatora i izraava se u sekundama. Kao to se iz (4.8) vidi, vremenska konstanta ne zavisi od dimenzija kondenzatora, ve samo od fizikih osobina dielektrika. Praktino, vremenska konstanta kondenzatora predstavlja61

vreme za koje koliina elektriciteta opadne na 1/e deo (ili 36.8%) poetne vrednosti. Ona, takoe, odreuje vremensko punjenje i pranjenje kondenzatora. Naime, neka je na kondenzator prikljuen jednosmerni napon E. Napon na kondenzatoru nee trenutno dostii tu vrednost, ve e se poveavati po zakonu: t VC = E 1 exp( ) . C

(4.9)

Sl. 4.4. Otpornost izolacije razliitih vrsta dielektrika u funkciji temperature pri 500 V jednosmernog napona na oblogama kondenzatora: 1 liskun zatopljen epoksidnom smolom; 2 izolovana keramika; 3 neizolovana keramika; 4 namotan impregnisan papir; 5 liskun zatpoljen bakelitom; 6 metalizirani papir; 7 impregnisani papir.

Ako je, pak, kondenzator bio napunjen i na njegovim oblogama je bio napon E, pri njegovom slobodnom pranjennju napon na kondenzatoru e se smanjivati po zakonu: VC = E exp( t ). C (4.10)

Treba naglasiti da su vremenske konstante kondenzatora ije su kapacitivnosti manje od 100 nF vie uslovljene konstrukcijom i spoljanjim izgledom kondenzatora, nego samim osobinama dielektrika. Za razliite tipove kondenzatora vrednost vremenske konstante iznosi od nekoliko sekundi do nekoliko dana (T4.1). T4.1. Vrednosti vremenskih konstanti razliitih tipova kondenzatoraTip kondenzatora Kond. sa plastinim folijama (polistirolni, stirofleksni) Papirni Tantalni elektrolitski Keramiki sa velikom vrednopu dielektrine konstante Aluminijumski elektrolitski sa nenagrienom anodom Vremenska konstanta Nekoliko dana Nekoliko sati Jedan do dva sata Nekoliko minuta Nekoliko sekundi

62

4.1.5. Frekventna svojstva kondenzatoraKapacitivnost kondenzatora zavisi od uestanosti i to zbog toga to se sa uestanou menja dielektrina konstanta i, znatno ee, zbog toga to kondenzator poseduje i parazitne veliine, kao to su parazitna otpornost i parazitna induktivnost LC. Na visokim uestanostima svaki kondenzator se moe predstaviti ekvivalentnom emom kao na sl. 4.5. Ovom ekvivalentnom emom obuhvaeni su ne samo osnovna kapacitivnost i otpornost kondenzatora, nego i induktivnost i aktivne otpornosti izvoda.

Sl. 4.5. Ekvivalentna ema kondenzatora.

Induktivnost kondenzatora obino je mala i ima vrednost reda nanohenrija. Otpornost gubitaka r, koja se sastoji od aktivnih otpornosti obloga kondenzatora i izvoda, za obine kondenzatore (ne elektrolitske), iznosi desetine delova oma. Otpornost R >> r u naznaenoj ekvivalentnoj emi jednaka je otpornosti izolacije kondenzatora (ova otpornost se obeleava i sa Rp paralelna otpornost). Postojanje sopstvene induktivnosti uslovljava pojavu rezonance koja nastaje pri rezonantnoj uestanosti:

fr =

1 2 LC C

.

(4.11)

To znai da e se kondenzator pri uestanostima f > fr ponaati kao impedansa koja ima induktivni karakter. Drugim reima, kondenzator treba koristiti pri uestanostima f < fr, pri kojima impedansa kondenzatora ima kapacitivni karakter. Najee se radni opseg uestanosti bira tako da je najvia uestanost 23 puta nia od rezonantne uestanosti kondenzatora. Na sl. 4.6 prikazane su tipine zavisnosti impedanse aluminijumskih elektrolitskih kondenzatora i kondenzatora sa plastinim metaliziranim folijama od uestanosti. Poveanje rezonantne uestanosti fr postie se smanjenjem parazitne kapacitivnosti LC. Jedan od naina dobijanja malih vrednosti induktivnosti LC jeste primena kratkih izvodnica, ili upotreba kondenzatora za povrinsko montiranje (SMD). Smanjenje induktivnosti LC kod namotanih tubastih kondenzatora postie se postavljanjem kontakata izvodnica to je mogue blie jedan drugome. Gubici u parazitnim kapacitivnostima, do kojih neminovno dolazi usled konstruktivnih izvoenja kondenzatora (inkapsulacija, zalivanje ili presovanje u plastine mase, itd.), kao i gubici na otpornosti izolacije (otpornosti R = Rp na ekvivalentnoj emi na sl. 4.5) odreuju donju graninu uestanost kondenzatora. Slika 4.7 prikazuje opseg uestanosti pri kojima se kondenzatori sa razliitim dielektricima mogu koristiti. S obzirom da se konstrukcijom i tehnologijom proizvodnje kondenzatora moe unekoliko da utie na frekventni opseg, to je dijagram na sl. 4.7 samo orijentacionog karaktera.

63

Sl. 4.6. Frekventna zavisnost modula impedanse: a aluminijumskih elektrolitiskih kondenzatora; b kondenzatora sa metaliziranim plastinim folijama.

Sl. 4.7. Frekventni opseg primene kondenzatora sa razliitim dielektricima.

4.1.6. Gubici u kondenzatoruU realnom kondenzatoru, koji je prikljuen u elektrino kolo, jedan deo energije se uvek bespovratno izgubi. Ovaj gubitak energije je posledica zagrevanja kondenzatora i rasejavanja toplote u okolnu sredinu. Pri tom, izdvojena toplota moe u kondenzatoru da dovede do nedopustivog poveanja njegove temperature. Poveanje temperature iznad temperature okolne sredine direktno je proporcionalno snazi gubitaka Pa. Kondenzatori velikih reaktivnih snaga, kod kojih gubici energije imaju i ekonomski smisao, karakteriu se dopustivim gubicima snage Pa,dop. Ukupna snaga gubitaka Pa u kondenzatoru iznosi:64

Pa = P + Pm ,

(4.12)

gde je P snaga gubitaka u dielektriku, a Pm snaga gubitaka u metalnim delovima kondenzatora. Gubici u dielektriku su, u osnovi, povezani sa procesom polarizacije dielektrika i njegovom provodnou. Gubici u metalnim delovima uslovljeni su zagrevanjem obloga, izvoda i kontakata.

Sl. 4.8. a Redna ekvivalentna ema kondenzatora; b fazorski dijagram napona i struja.

Snaga gubitaka u kondenzatoru moe se izraziti preko gubitaka na ekvivalentnoj rednoj otpornosti kondenzatora Re, sl. 4.8 (sl. 4.8 je redna ekvivalentna ema kondenzatora sa sl. 4.5). Ekvivalentna redna otpornost Re i ekvivalentna kapacitivnost Ce iznose (zanemaruje se Lc):

Re = r +

Rp 1 + (R p C ) 2

1 ; C e = C 1 + ( R p C ) 2

C za (R p C ) 2 >> 1.

(4.13)

Ugao , koji dopunjuje ugao izmeu vektora struje I i napona U (sl. 4.8b) do 90o zove se ugao gubitaka. Tangens tog ugla, ija je vrednost pri zadatoj kapacitivnosti kondenzatora C i uestanosti direktno proporcionalna otpornosti gubitaka Re, zove se tangens ugla gubitaka kondenzatora:tg = V Re R I 1 e = r C + = tg m + tg , 1 VCe R p C I C (4.14)

gde je tgm = rC tangens ugla gubitaka u metalnim delovima, a gubici u dielektriku su dati uglom gubitaka i tangensom ugla gubitaka tg 1/(RpC). Veliina inverzno proporcionalna tangensu ugla gubitaka (Q = 1/tg) jeste faktor dobrote kondenzatora (Q-faktor). Kao to se iz jedn. (4.14) vidi, tangens ugla gubitaka jednak je zbiru tangensa ugla gubitaka u metalu (tgm) i dielektriku (tg). Treba naglasiti da je tg dominantan pri vrlo niskim uestanostima i da sa porastom uestanosti naglo opada. Sa druge strane, kao to je evidentno iz jedn. (4.14), tgm raste sa uestanou, tako da se moe smatrati da je na visokim uestanostima tg tgm, sl. 4.9a,b. Tangens ugla gubitaka, meren za razliite tipove kondenzatora u njihovom radnom opsegu uestanosti, iznosi a10-4, pri emu koeficijent a ima vrednosti od jedinice za vazdune do a = 1000 3000 za elektrolitske kondenzatore.65

Sl. 4.9. Zavisnost tg: a od uesatnosti za kondenzatore sa nepolarnim dielektrikom; b od uesatnosti za kondenzatore sa polarnim dielektrikom; c od temperature za kondenzatore sa nepolarnim dielektrikom; d od temperature za kondenzatore sa polarnim dielektrikom; e od napona.

4.1.7. Stabilnost kondenzatoraElektrina svojstva i radni vek kondenzatora zavise od dejstva spoljanjih klimatskih i mehanikih uticaja (temperature, pritiska, vlanosti, radijacije, vibracija, itd.). Uticaj temperature ogleda se u promeni kapacitivnosti i ugla gubitaka (faktora dobrote kondenzatora), a takoe i elektrine vrstoe. Naime, promena temperature utie na metalne delove kondenzatora u vidu skupljanja ili irenja, usled ega se menja kapacitivnost. Isto tako, promena temperature moe da utie i na dielektrik, koji moe ili da omeka (staklo), ili da se rastopi (parafin), ili da ovrsne (kao ulje na niskim temperaturama), ili da u dielektriku nastanu naprsline i pukotine. Pored pomenutih promena u dielektriku, sa promenom temperature menja se i dielektrina konstanta dielektrrika. Linearna promena kapacitivnosti kondenzatora sa temperaturom moe se predstaviti izrazom:C = C o (1 + C T ) ,

(4.15)

gde je Co kapacitivnost pri temperaturi To u odnosu na koju se meri promena kapacitivnosti, a C je temperaturni koeficijent kapacitivnosti:C = 1 dC . C dT

(4.16)

Ako promena kapacitivnosti sa temperaturom C(T) ima nelinearni karakter, to je za ocenu temperaturne stabilnosti kapacitivnosti kondenzatora bolje koristiti relativnu promenu kapacitivnosti C:

66

C =

C (T ) C (To ) 100 (%). C (To )

(4.17)

Uticaj vlage na karakteristike kondenzatora moe biti znatan u sluaju da vlaga prodre u dielektrik, ime se menja dielektrina konstanta dielektrika (dielektrina konstanta vode iznosi r = 80), a to znai da se menja i kapacitivnost kondenzatora. Pored toga, prisustvo vlage znatno smanjuje otpornost izolacije. Kao rezultat smanjenja otpornosti izolacije rastu gubici, posebno pri povienim temperaturama, a takoe se smanjuje i elektrina vrstoa usled porasta verovatnoe nastajanja toplotnog proboja. Pri konstantnom dejstvu vlage postoji mogunost nastajanja elektrohemijskih pojava u dielektriku. Katastrofalne promene vrednosti parametara kondenzatora najee se javljaju kod kondenzatora koji due vreme nezatieni rade pri visokoj vlanosti, posebno u tropskim krajevima. Kondenzatori koji su zatopljeni u plastine mase mogu pouzdano da rade pri relativnoj vlanosti vazduha do 90%, a hermetizovani do iznad 98%.

4.2. KONDENZATORI STALNE KAPACITIVNOSTI

Sl. 4.10. Razliite vrste kondenzatora stalne kapacitivnosti.

Kondenzatori stalne (konstantne) kapacitivnosti najee se dele prema vrsti upotrebljenog dielektrika, tako da se razlikuju: papirni kondenzatori, kondenzatori sa metaliziranim papirom, kondenzatori sa plastinim i metaliziranim plastinim folijama, liskunski kondenzatori, stakleni kondenzatori, keramiki kondenzatori, elektrolitski kondenzatori, itd. Vie informacija o njima u odnosu na ono to e nadalje biti dato mogu se nai u knjizi navedenoj u fusnoti br. 2.67

4.2.1. Papirni kondenzatoriPapir je jedan od najstarijih dielektrika koji se koristi pri proizvodnji kondenzatora. Pri tom, papir mora biti posebno izraen (tkzv. kondenzatorski papir). Treba napomenuti da se papir nikada ne koristi sam, ve se uvek impregnie sintetikim tenostima, mineralnim uljima, votanim materijalima ili vazelinom. To se ini zbog toga da bi se smanjila higroskopnost kondenzatorskog papira. Istovremeno, na taj nain se poveava dielektrina vrstoa papira, ali poveava i koeficijent dielektrinih gubitaka. Papirni kondenzatori se najee rade tubastog oblika namotavanjem papirnih traka izmeu kojih su, kao kondenzatorske obloge, metalne folije. Kao kondenzatorske obloge obino se koriste aluminijumske folije, sl. 4.2b. U elektronici se papirni kondenzatori sve manje koriste i zamenjuju se kondenzatorima sa plastinim folijama. Meutim, jo se koriste u telefoniji (npr. u aluminijumskom kuitu), u energetskoj elektronici, za korekciju faktora snage, itd. Nedostaci papirnih kondenzatora su postojanje vazdunih mehuria u papiru i velike dimenzije samoga kondenzatora. Ovi nedostaci su, donekle, izbegnuti kod kondenzatora sa metaliziranim papirom, kod kojih je jedna strana papirne trake metalizirana. Druga dobra osobina ovih kondenzatora je autoregeneracija, koja se sastoji u sledeem: ako pod dejstvom napona nastane proboj ili kratak spoj izmeu obloga, usled velike lokalne temperature isparie veoma tanak sloj metala u okolini mesta proboja i spreie obrazovanje stalnog kratkog spoja. Trea prednost u odnosu na papirne kondenzatore jeste manja dimenzija kondenzatora sa metaliziranim papirom, s obzirom da se umesto aluminijumskih folija (debljine oko 6 m) koristi sloj metalizacije debljine (0,020,06) m. Postoji vie razliitih tipova i modela kondenzatora sa metaliziranim papirom, od kojih se izdvajaju: cilindrini kondenzatori za iroku potronju u plastinim kuitima, kondenzatori za kompenzaciju faktora snage kod fluoroscentnih svetiljki, kondenzatori za kompenzaciju faktora snage kod motora, itd.

4.2.2. Kondenzatori sa plastinim i metaliziranim plastinim folijamaKondenzatori sa plastinim folijama (filmovima) i metaliziranim plastinim folijama su skoro u potpunosti potisnuli papirne kondenzatore, s obzirom da od njih imaju znatno veu otpornost izolacije i istovremeno znatno manji tangens ugla gubitaka. Kao dielektrik koriste se nemetalizirane i metalizirane folije od razliitih materijala, kao to su stirofleks (zove se jo i polistiren i polistirol), poliester, polikarbonat, polipropilen, itd. Konstrukcija kondenzatora sa plastinim folijama i metaliziranim plastinim folijama je slina konstrukciji papirnih kondenzatora. Kada su folije nemetalizirane, one i metalne folije se slau kao na sl. 4.11a (kod blok kondenzatora), ili se metalne folije, izmeu kojih se smetaju dva ili tri sloja folija od pomenutih materijala, namotavaju (sl. 4.2b). Na sl. 4.11b je prikazan deo blok kondenzatora sa metaliziranim plastinim folijama, a na sl. 4.12 spoljanji izgled tih kondenzatora (zovu se jo i metal-film kondenzatori). Kao to se sa sl. 4.11b vidi, kontaktiranje metalizacije sa izvodnicama ostvareno je posredstvom metalnog draa, za razliku od kondenzatora sa folijama bez metalizacije (sl. 4.11a), u kome su metalne folije u direktnom kontaktu sa izvodnicama. Pored izrazito boljih karakteristika u odnosu na papirne kondenzatore i kondenzatore sa metaliziranim papirom u pogledu otpornosti izolacije, gubitaka, vremenske konstante, faktora dobrote, frekventnog opsega, itd., nedostatak kondenzatora sa plastinim i metaliziranim plastinim folijama je to imaju relativno malu zapreminsku kapacitivnost.

68

a.

b.

Sl. 4.11. Detalji konstrukcije blok kondenzatora sa plastinim folijama (a) i metaliziranim plastinim folijama (b).

Sl. 4.12. Spoljanji izgled kondenzatora sa metaliziranim folijama (metal-film kondenzatora).

Sl. 4.13. Spoljanji izgled stirofleksnih kondenzatora. 69

Od kondenzatora sa plastinim folijama u ureajuma iroke potronje najee se koriste stirofleksni (polistirenski, polistirolski) i poliesterski (polietilenski) kondenzatori. Spoljnji izgled nekih stirofleksnih kondenzatora prikazan je na sl. 4.13, a poliesterskih na sl. 4.14. Osovne razlike izmeu stirofleksnih i poliesterskih kondnezatora prikazane su na sl. 4.15. Sa sl. 4.15 se vidi da poliesterski kondenzatori imaju neto loije karakteristike od stirofleksnih, ali treba naglasiti da se, za razliku od stirofleksnih foilija, poliesterske folije mogu metalizirati, te postoje (oni se vie i koriste) i kondenzatori sa metaliziranim poliesterskim folijama.

Sl. 4.14. Spoljanji izgled razliitih vrsta poliesterskih kondenzatora.

a.

b.

d.Sl. 4.15. Uporedne zavisnosti promene kapacitivnosti sa temperaturom (a), tg sa temperaturom (b) i uestanou (c) i otpornosti izolacije sa temperaturom (d) za stirofleksne i poliesterske kondenzatore.

c.

Pored pomenutih, veliku primenu su nali i polikarbonatski (sl. 4.16) i polipropilenski kondenzatori (sl. 4.17) koji su izraeni od metalizirane polikarbonatske, odnosno polipropilenske70

folije, respektivno. Po elektrinim karakteristikama i polikarbonatski i polipropilenski kondenzatori su veoma slini stirofleksnim kondenzatorima, ali za razliku od njih imaju 1015 puta manju zapreminu (manjih su dimenzija) i mogu se koristiti u irem temperaturnom opsegu.

Sl. 4.16. Spoljanji izgled razliitih vrsta polikarbonatskih kondenzatora.

Sl. 4.17. Spoljanji izgled razliitih vrsta polipropilenskih kondenzatora.

4.2.3. Liskunski kondenzatoriLiskunski kondenzatori, ili kako se jo zovu mika kondenzatori spadaju u red preciznih i stabilnih kondenzatora primenljivih na visokim uestanostima. Ovi kondenzatori imaju izuzetno malu rednu otpornost, maksimalni odnos kapacitivnosti i zapremine, mali i jako stabilan temperaturni koeficijent kapacitivnosti i uske tolerancije. Liskun je mineral sloenog hemijskog sastava i u prirodi se sree u vie razliitih varijanti. Jedna od osobina liskuna, koja je iskoriena za proizvodnju kondenzatora, jeste mogunost njegovog cepanja na tanke listie (zato se od njih mogu dobiti samo blok kondenzatori, sl. 4.18).71

Sl. 4.18. Spoljanji izgled nekih liskunskih kondenzatora.

4.2.4. Stakleni kondenzatoriStakleni kondenzatori su namenjeni za visoke uestanosti i dopunjuju nazivne vrednosti kapacitivnosti liskunskih kondenzatora iz E-nizova. Kao dielektrik se koristi borsilikatno staklo. To su blok kondenzatori (sl. 4.19) sa naslaganim listiima stakla i aluminijumske folije. Sami kondenzatori su monolitni, izvanredno hermetiki zatvoreni. Ono to staklene kondenzatore izdvaja od ostalih jeste to oni zadravaju stabilne karakteristike ak od 180oC do +200 oC i to su od svih ostalih kondenzatora najotporniji na kosmika i nuklearna zraenja, sl. 4.20 (u svemirskim letilicama upravo zato ima najvie ovih kondenzatora).

Sl. 4.19. Spoljanji izgled nekih staklenih kondenzatora.

4.2.5. Keramiki kondenzatoriPostoji veliki broj razliitih vrsta keramikih kondenzatora (njihov spoljanji izgled je prikazan na sl. 4.21), a svi se primenjuju pri srednjim i visokim uestanostima. Iako su to, moda, kondenzatori koji se brojano najvie koriste (zbog niske cene), u principu to nisu kvalitetne komponente. Najee se dele u tri osnovne grupe: tipa I, tipa II i tipa III. Keramiki kondenzatori tipa I (keramike tipa I su titanati magnezijuma ili kalcijuma, sa r = 5 470) su temperaturno stabilni kondenzatori, sa kapacitivnou (10 30) pF/mm3. Ono72

po emu se kondenzatori razlikuju od keramikih kondenzatora tipa II i tipa III jeste to je kod njih promena kapacitivnosti sa temperaturom linearna, sl. 4.21.

Sl. 4.20. Uporedni prikaz otpornosti na promene kapacitivnosti razliitih tipova kondenzatora usled kosmikog i nuklearnog zraenja.

Sl. 4.21. Spoljanji izgled razliitih vrsta keramikih kondenzatora.

Sl. 4.22. Temperaturne zavisnosti kapacitivnosti keramikih kondenzatora tipa I; oznaka, npr. N1500, znai da je temperaturni koeficijent