II semestar (2+1+1) Nastavnik: Prof. dr Dragan Pantić ...mikroelektronika.elfak.ni.ac.rs/files/Lec_07_OBNAVLJANJE.pdf · Domaći zadaci, testovi,... 5 Usmeni deo ispita 25 Laboratorijske

II semestar (2+1+1)

Nastavnik: Prof. dr Dragan Pantić, kabinet [email protected]

Predavanje VII

5/1/2012 Elektronske komponente - Uvod 3

Polaganje ispita

Ocena – maksimalan broj poena je 100

Predispitne obaveze Završni ispit

Aktivnost u toku predavanja 5 Pisani deo ispita 25

Domaći zadaci, testovi, ... 5 Usmeni deo ispita 25

Laboratorijske vežbe 10

Kolokvijum I

Kolokvijum II

15

15

S 50 S 50

Ocena 10 – od 96 – 100 poena

9 – od 86 – 95 poena

8 – od 76 – 85 poena

7 – od 66 – 75 poena

6 – od 55 – 65 poena

5/1/2012

Elektronske komponente -

Pasivne komponente 4

5/1/2012



5/1/2012



Prednosti SMD tehnologije

povećanje raspoloživog prostora

ekonomska ušteda

brzini montiranja

povećanju nivoa pouzdanosti

veća brzina rada

bolje mehaničke karakteristike

veći broj izvoda i kontaktnih završetaka

5/1/2012



5/1/2012



Nedostaci SMD tehnologije

Nedostaci SMD tehnologije ogledaju se u:

složenijim tehnološkim postupcima lemljenja

(posebno kada se radi o ručnom lemljenju),

težem ispitivanju usled slabije pristupačnosti

kontaktima, odnosno kontaktnim završecima

komponenata,

nepostojanju nekih (posebno pasivnih komponenata)

sa izrazito visokim nazivnim vrednostima (otpornika

veoma velikih otpornosti, kondenzatora sa velikim

vrednostima kapacitivnosti) u SMD obliku.

5/1/2012



Lemljenje komponenata

Lemljenje - postupak kojim se pomoću rastopljenog dodatnogmaterijala (lema) izvodi komponenata spajaju sa provodnim vezamana štampanoj ploči.

Za ručno lemljenje elektronskih komponenata materijal za lemljenjeje najčešće tinol žica prečnika ne većeg od 1 mm (optimalni prečnikovakve žice je 0.7 mm).

Tinol žice, koje su se pokazale izuzetno dobro u praksi, najčešćesadrže 60% kalaja i 40% olova (tačka topljenja 178oC).

5/1/2012



Ručno lemljenje

Za ručno lemljenje elektronskih komponenatamaterijal za lemljenje je najčešće tinol žicaprečnika ne većeg od 1 mm (optimalni prečnikovakve žice je 0,7 mm).

Tinol žice, koje su se pokazale izuzetno dobro u praksi, najčešće sadrže 60% kalaja i 40% olova(tačka topljenja 178oC).

Svi elektronski uređaji koji će se proizvoditi u zemljama evropske unije ili koji će se u te državeuvoziti moraju da, u skladu sa direktivama RoHS(Restriction of Hazardous Substances), eliminišuiz proizvodnje tih uređaja olovo (Pb), kadmijum(Cd), živu (Hg), hrom (Cr) i brom (Br).

5/1/2012



Lemljenje razlivanjem Za lemljenje razlivanjem neophodno je korišćenje paste za lemljenje.

Ova pasta se nanosi na štampanu ploču, a zatim se komponentepostavljaju tako da se izvodi, odnosno kontaktni završeci, praktično urone u pastu.

Nakon toga se i štampana ploča i komponente zagrevaju, pri čemu se lemrazliva i ostvaruje istovremeno lemljenje svih komponenata; tipičnetemperature pri ovom načinu lemljenja su (215÷230)oC.

5/1/2012



Talasno lemljenje Kod talasnog lemljenja komponente se pričvršćuju za štampanu ploču

lepkom, odnosno adhezivom i, nakon sušenja, šalje se velika količina lemau obliku talasa preko ploče i komponenata.

Za razliku od klasičnog talasnog lemljenja koje se široko primenjuje ukonvencionalnoj tehnici montaže štampanih ploča sa komponentama saizvodima, kod SMD talasnog lemljenja se, najčešće, koristi dvostruki talas: najpre se turbulentnim talasom nanosi lem na sve kritične tačke štampaneploče, a potom se laminarnim talasom sa tih mesta uklanja suvišni lem.

Nedostatak ovog načina lemljenja je potrebno relativno veliko rastojanjeizmeđu komponenata.

5/1/2012



5/1/2012



5/1/2012



Osnovne

karakteristike

otpornika

Nazivna (nominalna) otpornost

Nazivna (nominalna) snaga

Granični i dozvoljeni napon

5/1/2012



Temperaturni koeficijent otpornosti

Karakteriše povratne promene otpornosti

otpornika pri promeni temperature:

od nenamotanih otpornika αR = ± (1-10) · 10-4 1/°C

Kod namotanih otpornika αR = ± 2 · 10-4 1/°C

vrednost temperaturnog koeficijenata otpornosti αR tankih slojeva zavisi od:

debljine sloja,

sastava legure,

načina nanošenja filma,

vrste podloge i

Temperature.

R0 - otpornost otpornika

na temperaturi T0

Otpornost otpornika u opsegu

radnih temperatura U opsegu radnih temperatura ΔT = T - T0 otpornost

otpornika stalne otpornosti na nekoj temperaturi T vrlopribližno je jednaka:

Za svaki otpornik postoji maksimalna temperatura okolnesredine do koje se on može opteretiti nazivnom snagom

Ako otpornik radi na višim temperaturama, dozvoljenasnaga na otporniku mora biti manja od definisanenazivne snage za taj otpornik.

5/1/2012



Zavisnost nazivne snage otpornika

od temperature okolne sredine

5/1/2012



Uprošćene ekvivalentne šeme

otpornika

Uprošćene ekvivalentne šeme otpornika: velike otpornosti (visokoomskih otpornika), i

male otpornosti (niskoomskih otpornika)

5/1/2012



Temperaturna stabilizacija

5/1/2012



5/2/2012



Osnovne karakteristike potenciometara

Nazivna vrednost ukupne otpornosti

Početni skok otpornosti

Postojanost na habanje

Dopunski kontaktni šum

Funkcionalna karakteristika

Razlika potenciometra i trimera

5/2/2012



5/1/2012



Označavanje otpornika bojama

5/2/2012



Primer označavanja otpornika sa dvocifrenim osnovnim brojem:

otpornik otpornosti 1200 Ω sa dozvoljenim odstupanjem

otpornosti ± 5%

1021 2 ±5%

5/2/2012



Primer označavanja otpornika sa trocifrenim osnovnim brojem:

otpornik otpornosti 86.4 Ω sa dozvoljenim odstupanjem otpornosti

±0.1% i nekoliko takvih otpornika; napomena: da ne bi došlo do

zabune, peta traka može biti šira od ostalih 1.5 do 2 puta.

8 6 4 10-1 ±0.1%

5/1/2012



5/1/2012



5/2/2012



5/2/2012



Temperaturna karakteristika NTC otpornika

Zavisnost otpornosti NTC otpornika od temperature.

U opsegu radnih temperatura zavisnost otpornosti NTC otpornika od temperature može se predstaviti sledećim izrazom:

R = R∞ exp (B/T)

B − koeficijent temperaturne osetljivosti, ili kratko, temperaturna osetljivost i izražava se u Kelvinovim stepenima (K),

T − apsolutna temperatura (K) i

R∞ − konstanta koja zavisi odmaterijala i dimenzija NTC otpornika (to je uslovna otpornost termistora na beskonačno visokojtemperaturi).

5/2/2012



Statička strujno-naponska karakteristika

Predstavlja zavisnost pada napona na NTC otporniku od struje koja protičekroz njega u uslovima termičke ravnoteže između termistora i okolne sredine.

5/2/2012



PTC otpornici (pozistori)

Termistori sa velikom pozitivnom vrednošću

temperaturnog koeficijenta otpornosti se

zovu pozistori.

Koriste se kao ograničavači struje za:

strujnu zaštitu,

kao limitatori temperature,

demagnetizaciju kolor-katodnih cevi,

zaštitu motora,

regulaciju struja u telefoniji, i

zaštitu telefonskih linija, itd.

5/2/2012



Promena otpornosti pozistora sa

temperaturom i učestanošću

RPTC

5/2/2012



Varistori

Varistori ili VDR otpornici su otpornici kod kojih

se otpornost nelinearno menja sa promenom

jačine električnog polja, odnosno napona na

njima.

Koriste se za naponsku stabilizaciju, posebno

većih vrednosti napona.

5/2/2012



Realna strujno-naponska karakteristika varistora

Fotootpornici

Fotootpornici su poluprovodnički otpornici kodkojih se otpornost smanjuje pod uticajmsvetlosti.

Rad poluprovodničkih fotootpornika zasnovan je na efektu fotoprovodnosti (unutrašnjemfotoelektričnom efektu).

5/2/2012



5/2/2012



Svetlosna karakteristika

Predstavlja zavisnost fotostruje IF od osvetljenosti E, prikonstantnom naponu

U nekoj oblasti promene osvetljenosti za svetlosnu karakteristiku se koristi zavisnost:

I = A⋅ Eχ

A − konstanta koja zavisi od tipa fotootpornika;

χ − konstanta koja zavisi od talasne dužine svetlosti i tipa fotootpornika;

E − osvetljenost.

5/2/2012



Označavanje kondenzatora

Kada se kapacitivnost u pF označava pomoću tri cifre, treća cifra pokazuje koliko nula ima izaprve i druge cifre.

Na primer:

220pF 221

47pF 470

56nF = 56000pF 563

5/2/2012



5/2/2012



5/2/2012



Ekvivalentna šema kondenzatora

Kapacitivnost kondenzatora zavisi od učestanosti i to zbog toga što se sa učestanošću menja dielektrična konstanta i, znatno češće, zbog toga što kondenzator poseduje i parazitne veličine, kao što su parazitna otpornost i parazitna induktivnost LC.

Na visokim učestanostima svaki kondenzator se može predstaviti ekvivalentnom šemom

LC je reda nH

Otpornost gubitaka r (aktivna

otpornost obloga kondenzatora

i izvoda) je reda 0.1WOtpornost R >> r je otpornost

izolacije kondenzatora

5/2/2012



Zavisnost tgδ: a) od učesatnosti za kondenzatore sa nepolarnim

dielektrikom; b) od učesatnosti za kondenzatore sa polarnim dielektrikom;

c) od temperature za kondenzatore sa nepolarnim dielektrikom; d) od

temperature za kondenzatore sa polarnim dielektrikom; e) od napona.

Vremenska konstanta kondenzatora

Veličina tC = RC se zove vremenska konstanta

kondenzatora i izražava se u sekundama.

Ne zavisi od dimenzija kondenzatora, već samo od

fizičkih osobina dielektrika.

5/2/2012



5/2/2012



5/2/2012



5/2/2012



Elektrolitski kondenzatori

Da bi se obezbedio dobar (ravnomeran) električan kontakt između površine tako tankogdielektrika (tj. oksida metala) i druge elektrode(jedna elektroda je metalna folija ili štapić nakojoj je oksid, a druga obično neoksidisanametalna folija)

Neophodno je da se upotrebi provodna tečnost− zato se koristi tečan elektrolit ili mangandioksid − koji ima poluprovodničke osobine.

Drugim rečima, elektrolit ima ulogu „produžetka“ druge elektrode.

5/2/2012 45


Pasivne komponente

Polarizovani Al elektrolitski kondenzatori namenjeni su za rad pri

jednosmernoj polarizaciji.

anoda aluminijumska folija debljine (100 ÷ 120)µm, koja je posebnim postupkom oksidisana (oksidni sloj predstavlja dielektrik);

debljina je f(E) 0.0012 ÷0.0015µm/V a εr = 10;

katoda je izvedena preko provodnog elektrolita (npr. rastvora glikla, borne kiseline i amonijaka);

kontakt sa elektrolitom jedruga aluminijumska folija;

5/2/2012 46


Pasivne komponente

Nepolarizovani Al elektrolitski kondenzatori

katodna neoksidisana folija je zamenjena oksidisanom folijom;

mogu raditi pri jednosmernoj i naizmeničnoj polarizaciji;

debljina dielektrika je dvostruko veća tako da je pri istom nazivnom naponu kapacitivnost nepolarnih kondenzatora dva puta manja u odnosu na kapacitivnost polarnih kondenzatora;

5/2/2012 47


Pasivne komponente

Zavisnost struje gubitaka od: a − temperature, b − vremena

5/2/2012 48


Pasivne komponente

Varikap diode Varikap diode su poluprovodničke diode sa

kontrolisanim kapacitivnim osobinama.

Koristi se kapacitivnost inverzno polarisanog p-nspoja, pri čemu se promenom inverznog napona menja širina prelazne oblasti p-n spoja, a time i kapacitivnost varikap diode.

Varikap diode u različitim kućištima

5/2/2012 49


Pasivne komponente

Prednosti varikap dioda u odnosu na vazdušne promenljive kondenzatore su: neuporedivo su manjih dimenzija i mogu da se oklope

zajedno sa kalemom, čime se izbegavaju parazitne sprege;

otpornije su na mehanička dejstva (udare, potrese, itd.) i atmosferski uticaj;

ne postoji osovina kao kod vazdušnih promenljivih kondenzatora, već se promena kapacitivnosti vrši promenom napona na diodi, što se može ostvariti promenom otpornosti potenciometra, koji može biti daleko od same diode.

5/2/2012 50


Pasivne komponente

5/2/2012



Ekvivalentna šema kalema

5/2/2012



L induktivnost kalema,

C0 parazitna (sopstvena) kapacitivnost,

R = R0 + Rf je otpornost gubitaka

R0 omska otpornost

Rf frekventno zavisna otpornost usled skin efekta i efekta blizine.

Kod kalemova se jezgrom otpornost R sadrži i gubitke u jezgru Rj

Faktor dobrote kalemova

ekvivalentna otpornost kalema Re i ekvivalentna induktivnost Le

zavise od učestanosti, pa se Q-faktor neće u celom frekventnom

opsegu linearno povećavati sa učestanošću

pri visokim učestanostima opadata sa povećanjem frekvencije.

pri višim učestanostima ekvivalentna otpornost Re brže raste sa

učestanošću od induktivne otpornosti ωLe

Q-faktor dostiže maksimum i sa daljim povećanjem

frekvencije opada

radni frekventni opseg kalema se bira tako da Q-faktor ima

maksimalnu vrednost u sredini tog opsega.

5/2/2012


Pasivne komponente

5/2/2012


Pasivne komponente

Merene vrednosti Q-faktora kalemova različitih induktivnosti

Faktor induktivnosti AL, seodređuje eksperimentalno i predstavlja induktivnost kalema sajezgrom koji ima samo jedanzavojak.

Induktivnost kalema sa N zavojakaje onda:

5/2/2012


Pasivne komponente

Naponi na krajevima transformatora se azlikuju

od indukovanih elektromotornih sila zbog pada

napona na namotajima (U1>e1 i U2<e2 ).

Ako se, u prvoj aproksimaciji, ovi padovi napona

zanemare, može se smatrati da je e1≈U1 i e2≈U2,

tako da sledi odnos transformacije napona n:

5/2/2012


Pasivne komponente

5/2/2012


Pasivne komponente

Koeficijent korisnog dejstva

Definisan je odnosom izlazne Pi (=P2) i ulazne Pu snage

Vrednost koeficijenta korisnog dejstva kod transformatora

koji se koriste u elektronici je relativno velik, i iznosi od

η = 85% do η = 95%.

Documents

II semestar (2+1+1) Nastavnik: Prof. dr Dragan Pantić ...mikroelektronika.elfak.ni.ac.rs/files/Lec_07_OBNAVLJANJE.pdf · Domaći zadaci, testovi,... 5 Usmeni deo ispita 25 Laboratorijske