Praktikum za drugi razred elektrotehničara v2

JU MJEŠOVITA ELEKTROTEHNIČKA I DRVOPRERAĐIVAČKA SREDNJA ŠKOLA BIHAĆ www.etsbi.edu.ba

Praktikum za drugi razred elektrotehničara

Interna skripta

Igor Prša, ing. el.

Bihać, 2011.

Verzija: 2.0.1 – 2011/12

Copyright © 2006 - 2011 Igor Prša. Nijedan dio ovog praktikuma ne smije se preslikavati niti umnažati na bilo koji način bez prethodnog pismenog dopuštenja autora. Praktikum je namijenjen internoj uporabi u JU Mješovita elektrotehnička i drvoprerađivačka srednja škola Bihać. Upozorenje:

Predavači i učenici moraju se uvijek osloniti na vlastito iskustvo i znanja u procjeni i uporabi bilo koje informacije, metode, sheme, spojeva, ili pokusa opisanih u ovom praktikumu. Pri uporabi takvih podataka ili metoda oni bi trebali biti svjesni svoje vlastite sigurnosti i sigurnosti drugih, uključujući i druge osobe za koje su odgovorni. Autor ne preuzima odgovornost u slučaju bilo kakve ozljede i/ili štete za osobe ili imovinu po osnovu odgovornosti ili na neki drugi način, nastalih zbog uporabe podataka ili metoda sadržanih u ovom praktikumu.

Predgovor

Praktikum za drugi razred elektrotehničara nastao je kao plod petogodišnjeg predavanja predmeta Praktična nastava, sa osnovnim ciljem da se učenicima omogući pomoć u savladavanju, razumijevanju i praktičnoj primjeni nastavnih sadržaja, uz razvijanje kreativnosti u razmišljanju i radu.

Vježbe su usklađene sa aktualnim nastavnim planom i programom drugog razreda za zanimanje Elektrotehničara računarske tehnike i automatike. Pored navedenog, vježbe su urađene i osmišljene u skladu sa trenutnim materijalno-tehničkim mogućnostima škole. Unutar sadržaja vježbi izvršene su ispravke nedostataka koji su uočeni u dosadašnjem radu. Pojedine vježbe su dodatno proširene gradivom tako da se ovim praktikumom mogu koristiti i učenici drugih zanimanja elektrotehničke škole.

U svakoj vježbi izloženo je dovoljno uvodnih teorijskih razmatranja, tako da učenici mogu nesmetano pratiti nastavu, ako iz pojedinih stručnih predmeta u tom trenutku nisu obrađivali navedenu cjelinu i gradivo. Vježbe obrađuju gradivo koje se obrađuje iz predmeta: Osnove elektrotehnike 2 i Elektronika. U vježbama su sadržane i neke cjeline iz predmeta Električna mjerenja.

Izvođenjem vježbi učenik postaje sposoban služiti se analognim i digitalnim instrumentima (ampermetrima, voltmetrima, vatmetrima, digitalnim multimetrima itd.), instrumentima sa dvodimenzionalnim prikazom mjerene veličine (katodni osciloskop), primjenjivanju mjernih metoda u skladu sa potrebama i zahtjevima mjerene veličine, samostalnoj obradi mjernih rezultata i izvođenju zaključka.

Vježbe su osmišljene tako da se prvi nastavni sat provede u pripremi, tj. sastavljanju strujnih krugova po shemi spoja, ponavljanju i proširivanju teorijskih znanja. Drugi nastavni sat je predviđen za realizaciju vježbe, odnosno odgovarajuća mjerenja i ispitivanja tako da svaki učenik ima svoje podatke i da aktivno sudjeluje u izvođenju vježbi. U slučaju nedostatka tehničkih sredstava za paralelno izvođenje vježbi, one se mogu izvoditi u parovima, tako da jedan učenik vrši mjerenje a drugi bilježi rezultate. Treći nastavni sat posvećen je obradi rezultata mjerenja, crtanju odgovarajućih dijagrama i izvođenju zaključaka koje su učenici naučili obavljanjem vježbe.

Zadaci vježbi su računalno simulirani pomoću programa „NI Multisim 10“ (http://www.ni.com/multisim/).

Iako je prilikom osmišljavanja i pisanja ovog praktikuma uložen veliki trud u provjeri podataka i ispravljanju grešaka, sasvim je moguće da su se desili propusti. Dugujem zahvalnost svima koji ukažu na takve propuste i daju svoje sugestije za unaprjeđenje pojedinih vježbi i cijelog praktikuma.

Autor

7 Sadržaj

Sadržaj

Univerzalni mjerni instrument .............................................................................................................. 11

Analogni univerzalni mjerni instrument ................................................................................................ 11

Izbor ljestvice ..................................................................................................................................... 13

Mjerenje napona ............................................................................................................................... 14

Mjerenje struje .................................................................................................................................. 16

Mjerenje otpora ................................................................................................................................ 17

Digitalni univerzalni mjerni instrument ................................................................................................. 19

Mjerenje napona ............................................................................................................................... 21

Mjerenje struje .................................................................................................................................. 22

Mjerenje otpora ................................................................................................................................ 23

Izmjenične veličine ................................................................................................................................ 25

Karakteristike izmjeničnih veličina .................................................................................................... 26

Djelatni otpor u krugu izmjenične struje ........................................................................................... 32

Osciloskop ............................................................................................................................................. 33

Princip rada analognog osciloskopa .................................................................................................. 34

Mjerenje amplitude ........................................................................................................................... 36

Mjerenje frekvencije ......................................................................................................................... 39

Mjerenje faznog pomaka................................................................................................................... 39

Kalibracija osciloskopa ....................................................................................................................... 40

Primjeri mjerenja pomoću osciloskopa ............................................................................................. 41

Generator funkcija ................................................................................................................................. 43

Zadatak vježbe ................................................................................................................................... 44

Naponsko djelilo .................................................................................................................................... 47

Neopterećeno naponsko djelilo ........................................................................................................ 47

Opterećeno naponsko djelilo ............................................................................................................ 48

Zadatak vježbe ................................................................................................................................... 50

Zavojnica (svitak) ................................................................................................................................... 53

Zavojnica (svitak) u krugu izmjenične struje ..................................................................................... 54

Mjerenje induktivnosti zavojnica U-I metodom ................................................................................ 55

Zadatak vježbe ................................................................................................................................... 56

Kondenzator .......................................................................................................................................... 57


www.etsbi.edu.ba

8

Kondenzator u krugu izmjenične struje ............................................................................................ 58

Mjerenje kapaciteta kondenzatora U-I metodom ............................................................................ 59

Zadatak vježbe ................................................................................................................................... 60

Serijski spoj otpornika, zavojnice i kondenzatora ................................................................................. 61

Zadatak vježbe ................................................................................................................................... 62

Paralelni spoj otpornika, zavojnice i kondenzatora .............................................................................. 65

Zadatak vježbe ................................................................................................................................... 66

Transformator ....................................................................................................................................... 69

Zadatak vježbe ................................................................................................................................... 70

Električna snaga ..................................................................................................................................... 71

Elektrodinamički vatmetar ................................................................................................................ 72

Zadatak vježbe: .................................................................................................................................. 73

Označavanje poluvodičkih elemenata ................................................................................................... 75

Europski sistem (Pro-elektron) .......................................................................................................... 75

Američki sistem (JEDEC - Join Electron Device Engineering Council) ................................................ 76

Japanski sistem (JEITA - JIS C7012) .................................................................................................... 76

Kućišta poluvodičkih elemenata ........................................................................................................ 77

Primjer dokumentacije proizvođača za poluvodički element: .......................................................... 80

Zadatak vježbe ................................................................................................................................... 83

Poluvodičke diode ................................................................................................................................. 85

Testiranje ispravnosti i polarizacije dioda ......................................................................................... 88

Zadatak vježbe ................................................................................................................................... 89

Strujno-naponska karakteristika diode ................................................................................................. 91

Zadatak vježbe ................................................................................................................................... 91

Statički i dinamički otpor diode ......................................................................................................... 92

Direktna polarizacija diode ................................................................................................................ 93

Reverzna polarizacija diode ............................................................................................................... 94

Strujno-naponska karakteristika zener diode ....................................................................................... 95

Zadatak vježbe ................................................................................................................................... 95

Direktna polarizacija zener diode (BZX55C5V6) ................................................................................ 96

Reverzna polarizacija zener diode (BZX55C5V6) ............................................................................... 97

Direktna polarizacija zener diode (1N4461) ...................................................................................... 98

Reverzna polarizacija zener diode (1N4461) ..................................................................................... 99

Ispravljači ............................................................................................................................................. 101


9 Sadržaj

Glađenje (filtracija) izlaznog napona ............................................................................................... 101

Valovitost ......................................................................................................................................... 102

Poluvalni ispravljači ............................................................................................................................. 103

Zadatak vježbe ................................................................................................................................. 105

Punovalni ispravljači ............................................................................................................................ 107

Zadatak vježbe ................................................................................................................................. 109

Stabilizatori napona ............................................................................................................................. 111

Referentni element ......................................................................................................................... 112

Stabilizator sa zener diodom ........................................................................................................... 113

Serijski tranzistorski stabilizator ...................................................................................................... 114

Integrirane izvedbe stabilizatora ..................................................................................................... 115

Stabilizatori stalnog napona sa tri izvoda ........................................................................................ 116

Integrirani stabilizatori podesivog napona s tri izvoda ................................................................... 116

Zadatak vježbe ................................................................................................................................. 117

Bipolarni tranzistori ............................................................................................................................. 121

Ispitivanje tranzistora ...................................................................................................................... 122

Provjera ispravnosti tranzistora sa ommetrom. .............................................................................. 124

Ispitivanje i određivanje elektroda tranzistora ............................................................................... 125

Zadatak vježbe ................................................................................................................................. 125

Strujno naponske karakteristike bipolarnih tranzistora ...................................................................... 127

Ulazne karakteristike tranzistora u spoju zajedničkog emitera ...................................................... 127

Prijenosne karakteristike u spoju zajedničkog emitera ................................................................... 128

Izlazne karakteristike tranzistora u spoju zajedničkog emitera ...................................................... 130

Tvornički podaci............................................................................................................................... 131

Zadatak vježbe ................................................................................................................................. 132

Pojačalo u spoju zajedničkog emitera ................................................................................................. 137

Stabilizacija radne točke .................................................................................................................. 139

Amplitudno-frekvencijska karakteristika pojačala .......................................................................... 141

Zadatak vježbe ................................................................................................................................. 142

Literatura ............................................................................................................................................. 147


11 Univerzalni mjerni instrument

Univerzalni mjerni instrument

Za servisiranje raznih električnih uređaja u kućanstvu, u radionici, ili za održavanje električnih strojeva u proizvodnim pogonima potrebno je mjeriti struje, napone i otpore. Pošto je nepraktično nositi više instrumenata napravljen je univerzalni mjerni instrument (naziva se i multimetar). On je lako prenosiv, mehanički otporan i dovoljno točan za rad na terenu, a njime se mogu mjeriti istosmjerni i izmjenični naponi i struje, i električni otpor. U prvom dijelu biće obrađen analogni instrument (instrument sa kazaljkom) a zatim i digitalni instrument koji rezultat ispisuje u obliku brojki na LCD pokazniku.

Analogni univerzalni mjerni instrument

U analogne univerzalne instrumente se ugrađuje mehanizam sa obrtnim svitkom. Između polova stalnog magneta ugrađen je svitak na kome je učvršćena kazaljka. Protjecanje struje kroz svitak stvara magnetno polje. Uzajamno djelovanje ovog magnetnog polja i polja stalnog magneta dovodi do zakretanja kazaljke. Protivmoment stvaraju spiralne opruge i po prestanku struje vraćaju kazaljku na nulu.

Slika 1.1. Instrument sa obrtnim svitkom.

Ovakvim analognim instrumentom mogu se mjeriti samo istosmjerne struje i naponi. Kako bi instrument mogao da mjeri i izmjenične veličine u njega se ugrađuje ispravljač sa dvije ili četiri diode koji izmjeničnu struju i napon pretvori u istosmjernu. Kada se mjere izmjenične veličine instrument pokazuje efektivnu vrijednost struje i napona.

Prije nego što počnemo da koristimo analogni instrument i uvježbamo rad sa njime na časovima praktične nastave, moramo upoznati neke važne pojmove.

Mjerni opseg (naziva se i domašaj) je najveća vrijednost mjerene veličine koju instrument može izmjeriti. Mjerni opseg određujemo mi postavljanjem preklopnika u odgovarajući položaj.

Konstanta instrumenta je broj koji se dobije kada se mjerni opseg podijeli sa brojem podjeljaka na ljestvici u koju ćemo gledati.

Do rezultata mjerenja se dolazi tako što se broj podjeljaka koji očitamo pomnoži sa konstantom.

Podjeljak na ljestvici je rastojanje između bilo koje dvije oznake na ljestvici.

NAPOMENA: Ovo je definicija iz knjige koja može dovesti do različitih tumačenja - koliko zapravo ljestvica sa slike 1.1. ima podjeljaka? U ovom primjeru broj podjeljaka je četiri (kazaljka pokazuje 3,2 podjeljaka), a crtice između napisanih brojeva samo olakšavaju očitavanje rezultata. Ako međutim svaku označenu crticu shvatimo kao podjeljak onda je broj podjeljaka 20, a kazaljka pokazuje 16 podjeljaka. Ovaj drugi način koji neki primjenjuju komplicira stvari. Možemo se zapitati čemu služi napisana trojka i četvorka ako se mora brojati 16 crtica?


www.etsbi.edu.ba

12

Da bi imali točno očitavanje u kazaljku se mora gledati pod pravim kutom. U ovome nam pomaže malo ogledalo (kazaljka i njen lik u ogledalu se poklope).

Kao primjer analognog univerzalnog instrumenta opisati ćemo instrument „Unimer 43“ proizvođača Iskra. Ovaj instrument ima više crnih i crvenih ljestvica. Crvene ljestvice se koriste za mjerenje izmjeničnih struja i napona, a crne ljestvice su za istosmjerne veličine. Za mjerenje otpora se koristi posebna crna ljestvica. Izgled ovog instrumenta je na slici 1.2.

Slika 1.2. Instrument „UNIMER 43“ - ISKRA Kranj.

Na instrumentu se nalazi više oznaka. Neke od njih su:

Instrument je napravljen za rad u vodoravnom položaju. Ako se postavi pod kutom, ili se uspravi pokazivanje neće biti točno.

Ova oznaka se može naći na instrumentima koji su predviđeni za rad u uspravnom položaju i koji se montiraju npr. na radne stolove.

Instrument sa ovakvom oznakom može da mjeri i istosmjerne i izmjenične veličine.

Ovo je oznaka za klasu točnosti, odnosno maksimalnu procentualnu grešku koju pravi instrument pri punom skretanju kazaljke. Najčešće klase točnosti su: 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 5.

Instrument sa obrtnim kalemom i ugrađenim ispravljačem sa diodama.

Ispitni napon 3.



Izbor ljestvice

Kada imamo više ljestvica postavlja se pitanje - u koju gledati? U ovom primjeru vidjeti ćemo da pravilan izbor ljestvice olakšava mjerenje a gledanje u pogrešnu ljestvicu ga nepotrebno usložnjava.

Pošto broj očitanih podjeljaka na izabranoj ljestvici treba pomnožiti sa konstantom, ljestvicu treba birati tako da konstanta bude broj lak za množenje - dakle da bude 0,1; 1; 10 ili 100. Lošim izborom ljestvice konstanta će biti dva, pet ili npr. 3,3.

Na slici 1.3. je prikazano pokazivanje instrumenta "Unimer 45" prilikom mjerenja istosmjernog napona od 170. Na slici 1.3a preklopnik je postavljen u položaj 600 =. To znači da je mjerni opseg 600, tj. pri punom skretanju kazaljke instrumenta napon je 600, na polovini ljestvice je 300 itd. Naponi veći od 600 se ne mogu mjeriti.

Na ljestvici označenoj slovima V, A na kojoj se očitava napon i struja imamo dvije ljestvice - gornju, koja ide od 0 do 6 podjeljaka, i donju od 0 do 30 podjeljaka. Ako je naš izbor gornja ljestvica konstanta će biti:

= = 100/.

Očitavamo 1,7 podjeljaka, = 1,7. Rezultat mjerenja je ∙ = 170. Ako međutim izaberemo donju ljestvicu konstanta će biti 600 30⁄ = 20. Očitavamo 8,5 podjeljaka pa je rezultat 20 ∙ 8,5 = 170. Rezultat je isti, možemo dakle gledati i donju ljestvicu. Ipak, poslije mjerenja će ostati dvojba jesmo li dobro procijenili 8,5 podjeljaka? Možda je ipak procjena pogrešna, možda je točna procjena 8,4 ili 8,6 podjeljaka?

a) b)

Slika 1.3. Primjeri očitavanja prilikom mjerenja.

Pošto je mjereni napon 170 to znači da možemo smanjiti mjerni opseg i prebaciti preklopnik u položaj 300. Dobijemo veće skretanje kazaljke i vjerojatno točnije mjerenje. Dakle, na slici 1.3b mjerni opseg je 300.

Naravno da ćemo gledati u donju ljestvicu sa 30 podjeljaka pa će konstanta biti:

= % % = 10/.

Očitavamo 17 podjeljaka, što pomnoženo sa konstantom 10 daje 170.

Ako smo skloni kompliciranju stvari možemo izabrati i gornju ljestvicu sa 6 podjeljaka. Tada konstanta neće biti 10, nego 300 6⁄ = 50. Broj podjeljaka koji instrument pokazuje na ovoj ljestvici je 3,4 pa da bi došli do rezultata treba pomnožiti 50 ∙ 3,4 = 170.


www.etsbi.edu.ba

14

Mjerenje napona

Instrument se pretvara u voltmetar tako što se veliki kružni preklopnik postavi na područje označeno slovom V. Zavisno od toga mjerimo li istosmjerni ili izmjenični napon mali preklopnik se postavi lijevo ili desno na odgovarajuću oznaku (= ili ~). Mjerenje se obavezno počinje sa najvećeg mjernog opsega. Na taj način se sprječava uništenje instrumenta koje je lako moguće ako se mjerenje počne na malom mjernom opsegu a napon bude veći od očekivanog. U tom slučaju kazaljka naglo skreće, može da se iskrivi ili ispadne iz ležišta a u opasnosti je svitak u okretnom sistemu. Osigurač (ako postoji) i zaštitne diode nisu uvijek dovoljno sigurna zaštita.

Ako je skretanje kazaljke malo, ili se uopće ne primijeti, može se postepeno i vrlo oprezno smanjivati mjerni opseg dok kazaljka ne skrene toliko da omogući normalno očitavanje. Biramo ljestvicu u koju ćemo gledati, određujemo konstantu instrumenta i očitamo skretanje kazaljke. Broj podjeljaka koji smo očitali množimo sa konstantom i dobijemo mjereni napon. Na osnovu dobivenog rezultata vidimo može li se još smanjiti mjerni opseg.

Ako se mjeri istosmjerni napon točka većeg potencijala (ili npr. + pol baterije) mora se dovesti na priključak +VAΩ. Ako se ovdje pogriješi kazaljka će skretati na pogrešnu stranu (lijevo). Kada se mjeri izmjenični napon ne mora se voditi računa o priključcima, ispravljač u instrumentu osigurava da kazaljka uvijek skreće udesno.

Voltmetar se vezuje paralelno elementu na kome mjerimo napon. Unutrašnji otpor voltmetra je veoma veliki (u idealnom slučaju beskonačan) tako da kroz voltmetar praktično ne protječe struja.

Primjer 1. Mjerenje napona baterije

Slika 1.4. Korak 1.

Mjerni opseg je postavljen na 500 i možemo primijetiti da je skretanje kazaljke malo. Ako izaberemo ljestvicu sa pet podjeljaka konstanta je 100 ⁄ . Očitavamo nešto više od 0,1 podjeljak ali teško je procijeniti je li to 0,11; 0,12 ili 0,13. Kada to pomnožimo sa 100 rezultat može biti između 11 i 13, što zavisi od osobne procjene. Očigledno je da se na ovom području ne može izvršiti točno mjerenje pa smanjujemo mjerni opseg.



Slika 1.5. Korak 2.

Na mjernom opsegu 150 logično je gledati u crnu ljestvicu sa 15 podjeljaka da bi rezultat očitavanja pomnožili sa konstantom 10. Očitavamo nešto više od 1,2 podjeljaka, recimo da je procjena 1,25 što znači da je napon oko 12,5.

PAŽNJA! Naj češća učenička greška je da ovdje o čitaju 1,1 podjeljak - previdi se činjenica da ovdje izme đu jedinice i dvojke nema devet crtica nego samo četiri!

Naravno sljedeći logičan potez je novo smanjenje mjernog opsega. Sljedeći mjerni opseg na instrumentu je 50, veći je od mjerenog napona, što znači da bez bojazni prebacujemo preklopnik na brojku 50.

Slika 1.6. Korak 3.

Na mjernom opsegu 50 izborom ljestvice sa pet podjeljaka konstanta je 50 5⁄ = 10. Sada već sa mnogo većom sigurnošću očitavamo 1,25 podjeljaka odnosno 12,5.

Slika 1.7. Korak 4.


www.etsbi.edu.ba

16

Na mjernom opsegu 15 na crnoj ljestvici od 0 do 15 podjeljaka praktično direktno očitavamo napon. Na ovom području vidi se da je mjereni napon zapravo 12,6. Ovo mjerenje je očigledno i najtočnije, kao što se vidi uopće nije teško izvršiti dobre procjene sa točnošću od 0,1.

S obzirom da je sljedeći raspoloživi mjerni opseg 5 a mjereni napon je veći od njega, smanjenje mjernog opsega na 5 ne dolazi u obzir!

Primjer 2: Mjerenje izmjeničnog napona

Priključni kablovi instrumenta su dobro izolirani tako da nema opasnosti od strujnog udara ako ne dodirujemo metalne vrhove.

Napon u priključnici je izmjenični pa mali preklopnik mora biti prebačen ulijevo. Primijetimo da je oznaka ~ crvena, što znači da se pri mjerenju izmjeničnih veličina koriste crvene ljestvice a najveći mjerni opseg je 1000. Na crvenoj ljestvici sa 10 podjeljaka (konstanta je 100 ⁄ ) očitavamo 2,2 podjeljaka, tj. 220. Mjereni napon je manji od sljedećeg mjernog opsega od 300, pa ćemo za točniji rezultat prebaciti preklopnik na položaj 300.

Na slici 1.8. vidimo da na ljestvici sa 30 podjeljaka (konstanta 10) kazaljka stoji na dvadeset trećem podjeljku, što znači da je napon ustvari 230. S obzirom da su dozvoljena odstupanja napona gradske mreže do 10%, izmjereni napon je ispravan.

Kada se mjere izmjenične struje i naponi kazaljka će uvijek skretati u pravom smjeru bez obzira gdje se stavi koja priključnica instrumenta, što je zasluga ispravljača u instrumentu.

Slika 1.8. Očitavanje vrijednosti prilikom mjerenja izmjeničnog napona.

Mjerenje struje

Ampermetar se u strujni krug vezuje serijski. Unutrašnji otpor ampermetra u idealnom slučaju je jednak nuli a i u stvarnosti je vrlo mali.

Univerzalni instrument se pretvara u ampermetar postavljanjem velikog preklopnika na područje označeno slovom A. Mjerenje se počinje obavezno na najvećem mjernom opsegu, koji po potrebi veoma oprezno smanjujemo. Mali preklopnik se postavi na odgovarajuću oznaku za vrstu struje koja se mjeri.

Ako se ukaže potreba za promjenom mjernog opsega prvo se struja mora prekinuti na nekom prekidaču ili isključenjem napajanja, pa tek onda se preklopnik postavi u drugi položaj i prekidač se ponovo uključi. Na ovaj način se sprječava da se prekida struja na kontaktima preklopnika i da on bude oštećen uslijed varničenja.

U praksi će biti rijetke situacije kada će se koristiti ampermetar. Često je nepraktično prekidati strujni krug i serijski u njega ubacivati instrument, jer je potrebno prekinuti postojeću vezu. Ponekad se doslovno mora presjeći žica ili odlemiti element iz uređaja.



Mjerenje otpora

Prije upotrebe analognog univerzalnog instrumenta za mjerenje otpora treba priključke instrumenta kratko spojiti. Kazaljka mora skrenuti do kraja, odnosno mora pokazati nulu. Ako nije došla do nule, ili je možda prešla preko nule udesno, njen položaj se podešava, tj. postavi se na nulu okretanjem označenog promjenjivog otpornika. Ovo podešavanje mora da se vrši povremeno zbog starenja i trošenja baterije u instrumentu.

Vrijednost mjerenog otpora se dobije kada se očitani broj podjeljaka pomnoži sa brojem koji pokazuje veliki preklopnik.

Mjerenje otpora se ne mora početi sa najvećeg mjernog opsega. Veliki preklopnik se postavi na više područja, a zadrži se u položaju na kome kazaljka stoji otprilike negdje između 1/2 i 2/3 ljestvice jer je u tom dijelu očitavanje najtočnije. Ovo će se najbolje vidjeti u konkretnom primjeru.

Slika 1.9. Priprema analognog univerzalnog instrumenta za mjerenje otpora.

Veliki broj mjerenja, možda i 90% su mjerenja otpora. Mjerenjem otpora grijača, prekidača namotaja motora i transformatora, kao i nekih elektroničkih komponenti može se doći do zaključka o ispravnosti dijelova uređaja bez priključivanja napona i bez opasnosti.

Veliki preklopnik treba prebaciti u jedno od područja označenih sa Ω a mali preklopnik udesno.

Analognim instrumentima za mjerenje struje i napona nije potreban vlastit izvor napajanja. Međutim, za mjerenje otpora baterija je neophodna. Većina instrumenata koristi jednu ili dvije baterije od 1,5. Instrument praktično kroz mjereni otpor (preko preklopnika i priključnica) propušta struju iz baterije pa će kazaljka više skretati pri mjerenju manjih otpora. Zbog toga su način mjerenja otpora i omska ljestvica drugačiji nego kada se mjeri struja i napon.

Očitavanje vrijednosti otpora vrši se na posebnoj crnoj ljestvici. Ova ljestvica je drukčija od ostalih jer je obrnuta, tj. nula se nalazi na desnoj strani a na lijevoj strani je ∞. Osim toga razmak između podjeljaka nije isti, prvi podjeljci su dosta razmaknuti a zatim gledajući nalijevo razmak je sve manji, da bi pri kraju bili toliko zbijeni da je točno očitavanje nemoguće.


www.etsbi.edu.ba

18

Primjer: Mjerenje otpora od 180Ω na različitim položajima preklopnika

Slika 1.10. Pokazivanje instrumenta za različite položaje preklopnika instrumenta.

Na slici 1.10a je položaj kazaljke pri mjerenju otpora 180Ω kada je preklopnik na položaju X1. Točan broj podjeljaka je teško odrediti jer na malom rastojanju je čak 100 podjeljaka. Broj podjeljaka koji procijenimo (dakle, oko 180) množi se sa 1 pa je rezultat mjerenja oko 180Ω.

Ako se preklopnik pomjeri u položaj X10 (slika 1.10b) kazaljka pokazuje 18 podjeljaka, vidi se da ne postoji dvojba je li broj podjeljaka 17, 18, 19 ili možda 17,5. Ovih 18 podjeljaka pomnoži se sa deset kao što pokazuje preklopnik, dakle rezultat je 180Ω.

Ako bi isti otpor pokušali izmjeriti na području X100 bio bi veliki problem procijeniti pokazuje li kazaljka 1,7; 1,8 ili 1,9 podjeljaka. Na primjer ako procijenimo da je u pitanju 1,7 podjeljaka, kada se to pomnoži sa 100 pravi se greška od 10Ω iako procjena uopće nije bila loša.

Na slici 1.10d se vidi da je mjerenje ovog otpora na području X1k praktično nemoguće. Biće dobro ako uopće prijetimo da rezultat nije 0Ω, a kamoli očitati 0,18 podjeljaka koje pokazuje kazaljka.

Moguća greška prilikom mjerenja otpora nastaje kada se rukama pridržava otpornik koji se mjeri. Tako se paralelno mjerenom otporu dodaje otpor vlastitog tijela i rezultat je manji od prave vrijednosti. Ovo je naročito izraženo na području X1k.

Greška je također moguća ako se mjeri vrijednost otpornika koji je zalemljen na tiskanu pločicu (PCB). Utjecaj drugih elemenata vezanih paralelno tom otporu također smanjuje rezultat mjerenja.



Digitalni univerzalni mjerni instrument

Sve što je rečeno o analognim instrumentima u vezi načina priključenja u krug, unutrašnjeg otpora i načina mjerenja (početak mjerenja sa najvećeg mjernog opsega) važi i za digitalne instrumente.

Kod digitalnog instrumenta očitavanje mjerene veličine je mnogo lakše i točnije. Vrijednost se direktno očita na LCD pokazniku, dakle nema dvojbe oko izbora ljestvice, određivanja konstante instrumenta i množenja sa njom, i nema subjektivnih grešaka pri očitavanju broja podjeljaka. Ako je mjerena veličina veća od mjernog opsega instrument će to vjerojatno „preživjeti“ a grešku će signalizirati ispisivanjem cifre „1“ na prvom mjestu. Nije osjetljiv ni na zamjenu priključaka „+“ i pokazati će točnu vrijednost uz ispisivanje minusa ispred rezultata mjerenja.

Ipak, zbog načina indikacije ovaj instrument nije pogodan za praćenje promjene mjerene veličine.

Slika 1.11. Digitalni mjerni instrument „VC150“ - Voltcraft.

Prije svake izmjene mjernog područja treba odstraniti mjerne vrhove od objekta na kojem se vrši mjerenje.

Poseban oprez se preporučuje prilikom rada sa izmjeničnim naponom većim od 25 ili sa istosmjernim naponom većim od 35, jer može nastati električni udar opasan po život.

Provjerite prije svake upotrebe digitalni mjerni uređaj i mjerne kablove od oštećenja. Ni u kome slučaju ne vršite mjerenje ako je zaštitna izolacija oštećena.

Da bi se izbjegao električni udar, obratite pažnju da za vrijeme mjerenja ne dirate priključke za mjerenje odnosno mjerne točke direktno ili indirektno. Za vrijeme mjerenja ne smije se hvatati preko označenog dijela na mjernim vrhovima.

Ne upotrebljavati digitalni mjerni instrument za vrijeme nevremena. Obratite pažnju da su vaše ruke, obuća, odjeća, podloga, sklopovi i dijelovi sklopova obavezno suhi.

Ne uključujte nikada mjerni instrument kada ste ga prenijeli iz hladne u topliju prostoriju, jer nastala vodena kondenzacija može da ga ošteti. Ostavite mjerni instrument isključen dok se ne prilagodi sobnoj temperaturi.

Mjerne vrijednosti pokazuju se na digitalnom mjernom instrumentu u brojčanom (digitalnom) obliku na LCD pokazniku. Pomoću rotacijskog preklopnika se mogu odabrati pojedine mjerne funkcije. Kod modela VC150 izbor mjernog područja vrši se ručno.

Digitalni mjerni instrument VC150 se uključuje i isključuje pritiskom na dugme POWER. Uvijek isključite uređaj za mjerenje ukoliko ga ne koristite.


www.etsbi.edu.ba

20

Dugme HOLD vam omogućava da zadržite vrijednost mjerenja na LCD pokazniku. Simbol „H“ se pojavljuje na LCD pokazniku. Ova funkcija olakšava očitavanje mjerene vrijednosti. Ponovni pritisak na dugme vraća ponovno opciju mjerenja.

Tabela 1.1. Simboli na LCD pokazniku digitalnog mjernog instrumenta VC150.

OL ili 1 Overload = prekoračenje; mjerno područje je prekoračeno.

Baterija za napajanje mjernog instrumenta je ispražnjena, što je moguće prije zamijeniti bateriju.

Mjerno područje za testiranje dioda.

Mjerno područje za mjerenje napona opasnih po život.

Mjerno područje za akustički test provodljivosti.

Mjerna područja za mjerenje izmjeničnih veličina.

Mjerna područja za mjerenje istosmjernih veličina.

mV Milivolt (10(%).

V Volt (jedinica za električni napon).

A Amper (jedinica za jačinu električne struje).

mA Miliamper (10(%A).

µA Mikroamper (10(A).

Ω Ohm (jedinica za električni otpor).

kΩ Kiloohm (10%Ω).

MΩ Megaohm (10Ω).

H Aktivna je HOLD funkcija.



Mjerenje napona

NAPOMENA: Prije mjerenja napona, uvijek provjerite da se ne nalazite u mjernom području za mjerenje struje. Kada se na LCD pokazniku pojavi „1“ ili „OL“ (overload = prekoračenje), tada ste prekoračili mjerno područje. Odaberite naredno veće mjerno područje.

Slika 1.12. Raspored crnog i crvenog mjernog vodiča kod mjerenja napona.

Za mjerenje istosmjernog napona (DC) postupite prema sljedećem:

- Uključite digitalni mjerni instrument i odaberite mjerno područje V . - Priključite mjerne vodiče u odgovarajuće mjerne utičnice kao što je prikazano na

slici. - Priključite mjerne vrhove na objekt za mjerenje (baterija, sklop itd.). Crveni mjerni

vrh odgovara plus polu, a crni mjerni vrh odgovara minus polu. - Pripadajući polaritet mjerne vrijednosti biti će prikazan na LCD pokazniku zajedno

sa trenutnom mjernom vrijednosti. Kada se pri mjerenju istosmjernog napona na ekranu ispred mjerne vrijednosti pojavi znak „-“, tada je izmjereni napon negativan (ili su mjerni kablovi zamijenjeni).

- Kada ste završili mjerenje, odvojite mjerne vodove od objekta za mjerenje i isključite digitalni mjerni instrument.

Za mjerenje izmjeničnog napona (AC) postupite prema sljedećem:

- Uključite digitalni mjerni instrument i odaberite mjerno područje V . Na

pokazniku se pojavljuje simbol „AC“. - Povežite (spojite) dva mjerna vrha sa objektom za mjerenje (generator, sklop itd.). - Mjerna vrijednost će biti pokazana na LCD pokazniku. - Kada ste završili mjerenje, odvojite mjerne vodove od objekta za mjerenje i

isključite digitalni mjerni instrument.


www.etsbi.edu.ba

22

Mjerenje struje

NAPOMENA: Maksimalno dozvoljeni napon u strujnom krugu ne smije da prelazi 250 V. Mjerenja struja većih od 5 A smiju se izvoditi samo u trajanju od maksimalno 10 sekundi i sa pauzom između mjerenja u trajanju od 15 minuta. Sva strujna mjerna područja su osigurana i time zaštićena od preopterećenja.

a) struje do 200 mA b) struje do 10 A

Slika 1.13. Raspored crnog i crvenog mjernog vodiča kod mjerenja struje.

Za mjerenje istosmjerne struje (DC) postupite prema sljedećem:

- Priključite crveni mjerni vodič u 10A - mjernu utičnicu (kod struje veće od 200*+)

odnosno u mA - mjernu utičnicu (kod struje manje od 200*+). Crni mjerni vodič priključite na COM - mjernu utičnicu.

- Odaberite željeno mjerno područje. Po mogućnosti, počnite mjerenje uvijek sa najvećim mjernim opsegom, zato što će kod prekoračenja reagirati zaštitni osigurač.

- Priključite u seriju sa mjernim objektom oba mjerna vrha (baterija, sklop itd.). Pripadajući polaritet mjerne vrijednosti, biti će prikazan na LCD pokazniku zajedno sa trenutnom mjernom vrijednosti. Kada se pri mjerenju istosmjerne struje na ekranu ispred mjerne vrijednosti pojavi znak „-“, struja protječe u suprotnom smjeru (ili su mjerni kablovi zamijenjeni).

- Kada ste završili mjerenje, odstranite mjerne vodove od objekta za mjerenje i isključite digitalni mjerni instrument.

Pažnja! Nikada ne mjerite u 10A podru čju struje preko 10 A odnosno u mA/ µA podru čju struje preko 200 mA, zato što će tada reagirati osigura č u mjernom instrumentu.



Mjerenje otpora

NAPOMENA: Uvjerite se da su svi dijelovi kruga, prekidači i komponente i drugi objekti za mjerenje u krugu odvojeni od izvora napona i ispražnjeni.

Slika 1.14. Raspored crnog i crvenog mjernog vodiča kod mjerenja otpora.

Za mjerenje električnog otpora postupite prema sljedećem:

- Uključite digitalni mjerni instrument i odaberite mjerno područje „Ω“. - Priključite mjerne vodiče na mjerne utičnice instrumenta kao što je vidljivo na slici. - Provjerite neprekidnost mjernih vodiča tako što ćete spojiti mjerne vrhove jedan

sa drugim. Nakon toga na LCD pokazniku će biti prikazan otpor od približno 0,5Ω (vlastiti otpor mjernih vodiča).

- Povežite mjerne vrhove sa mjernim objektom. Ako mjerni objekt nema otpornost veću od 20,Ω ili nije u prekidu, mjerna vrijednost će biti prikazana na LCD pokazniku. Sačekajte dok se mjerna vrijednost ne stabilizira. Kod otpora većeg od 1,Ω, ovo može da potraje nekoliko sekundi.

- Kada se na LCD pokazniku pojavi „1“ ili „OL“ (Overload = prekoračenje), tada ste prekoračili mjerno područje, odnosno, mjerni krug je u prekidu. U tom slučaju odaberite veće mjerno područje.

- Kada ste završili mjerenje, odstranite mjerne vodove od objekta za mjerenje i isključite digitalni mjerni instrument.

Kada vršite mjerenje otpora, pazite da su mjerne točke koje dirate mjernim vrhovima slobodne od prljavštine, ulja, laka ili slično, jer njihova prisutnost može da dovede do pogreške u mjerenju.

Izmjeni čne veli čine

Izmjenična struja je svaka struja koja u toku vremena smjer. Izmjenične struje se dijele na periodiperiodične struje koje se dijele na proste (sinusne) i složene (ne sinusne

Prostom izmjeničnom ili sinusnom strujom se naziva ona struja intenzitetu i smjeru, periodičvremenski oblik dat je na slici 1.15

Slika 1.1

Izmjenična struja nastaje kao posljedica oscilatornog kretanja elektrivodiča. Pri tome se količina elektriciteta toku vremena. Zbog toga se mora uzeti u obzir velivrijednost struje se označava malim slovom

Dakle, kod izmjenične sinusne struje nema „strujanja“ jednog pola izvora do drugog (kao kod istosmjerne strujesredišnjeg položaja.

Izmjenična struja se, u elektroenergetici, nazivaju generatori. U svim obrtnim generatorima elekpojave induciranja napona u navoju koji se okreelektričnu.

U općem slučaju vodič se u magnetnom polju krenjegove silnice. Pri tome se brzinkomponentu (slika 1.16).

Slika 1.1

Pod djelovanjem vodoravne komponente presijeca ih. Zato se u vodičkretanja, koja uzrokuje da vodič

Promatrajmo sada vodič1.17.

struja je svaka struja koja u toku vremena mijenja svoj intenzitet (jastruje se dijele na periodične i ne periodične struje. Nas posebno

ruje koje se dijele na proste (sinusne) i složene (ne sinusne) struje.

ili sinusnom strujom se naziva ona struja čije se promjene, po intenzitetu i smjeru, periodično ponavljaju u jednakim vremenskim intervalima.

dat je na slici 1.15.

1.15. Vremenski oblik izmjenične sinusne struje.

struja nastaje kao posljedica oscilatornog kretanja električčina elektriciteta koja protječe kroz poprečni presjek

Zbog toga se mora uzeti u obzir veličina struje u svakom trenutku.čava malim slovom -. čne sinusne struje nema „strujanja“ elektrona, jer oni ne s

jednog pola izvora do drugog (kao kod istosmjerne struje), nego oni oscil

struja se, u elektroenergetici, proizvodi pomoću obrtnih U svim obrtnim generatorima električna energija se proizvodi na principu

napona u navoju koji se okreće. U njima se mehanička energija pretvara u

se u magnetnom polju kreće pod nekim kutomPri tome se brzina kretanja vodiča rastavlja na vodoravnu

1.16. Brzina kretanja vodiča u magnetnom polju.

lovanjem vodoravne komponente ./, vodič klizi duž magnetnih silnica i nevodiču inducira napon uzrokovan okomitom komponentom brzine

vodič presijeca magnetni tok (fluks).

vodič koji se okreće u homogenom magnetnom polju dat na


25 Izmjenična struja

mijenja svoj intenzitet (jačinu) i Nas posebno zanimaju

) struje.

čije se promjene, po no ponavljaju u jednakim vremenskim intervalima. Njen

struja nastaje kao posljedica oscilatornog kretanja električnih naboja duž čni presjek vodiča mijenja u

ina struje u svakom trenutku. Trenutna

elektrona, jer oni ne struje od ), nego oni osciliraju oko svog

u obrtnih strojeva koje se na energija se proizvodi na principu

čka energija pretvara u

kutom u odnosu na odoravnu i okomitu

klizi duž magnetnih silnica i ne inducira napon uzrokovan okomitom komponentom brzine

e u homogenom magnetnom polju dat na slici


www.etsbi.edu.ba

26

Slika 1.17

Inducirani napon je, u opć

Inducirani napon u vodičmagnetnom polju, mijenja se po velise može grafički predstaviti u obliku sinusoide

Za vrijeme jednog punog obrtaja, nastaju i promjene induciranog napona u

Slika 1.18

U vodiču koji se okreće stalnom brzinom u homogenom magnetnom polju, inducira se napon čija se promjena veličine i smjera ponavlja istim redom poslije svakog punog okreta. Tako dobiveni napon naziva se poteći struja čija se veličina i smjer periodistruja.

Karakteristike izmjeni čnih veli

Period

Period je dio vremena koje je potrebno da se izvrši jedna potpuna promjena veličine po jačini i smjeru. Period se ozna

Izmjenična veličina za vrijeme jednog perioda dva puta promijeni svoj smjer.promjena izmjenične veličine u jednom smjeru traje polovinu perioda, a za vrijeme druge polovine perioda smjer je suprotan

Promjena induciranog napona zavisi od brzine kojom se navojak obrpolju. Uzmimo, na primjer, da je brzina obrtanja navojka 50 puta u jednda se u toku jedne sekunde desi 50 promjena intenziteta i smjera odnosno, u jednoj sekundi se pojavi 50 perioda.sekundu, vrijeme trajanja jednog perioda dobijemo kao:

Vremena trajanja svakog perioda su menavojka konstantna (nepromjenjiva)


7. Okretanje vodiča u homogenom magnetnom polju.

Inducirani napon je, u općem slučaju, određen formulom:

0 = 1 ∙ ∙ . ∙ 2-34

vodiču, koji se obrće konstantnom brzinom u homogenom magnetnom polju, mijenja se po veličini i smjeru proporcionalno sinusu kuta

predstaviti u obliku sinusoide.

Za vrijeme jednog punog obrtaja, kut a se ravnomjerno mijenja od 0° do 360°.nastaju i promjene induciranog napona u vodiču.

8. Induciranje napona i struje u vodiču koji se okreć

u homogenom magnetnom polju.

će stalnom brzinom u homogenom magnetnom polju, inducira se ija se promjena veličine i smjera ponavlja istim redom poslije svakog punog okreta.

on naziva se izmjenični napon. Ako zatvorimo krajeve čina i smjer periodično mijenjaju. Takva struja se naziva

izmjeni čnih veli čina

Period je dio vremena koje je potrebno da se izvrši jedna potpuna promjena Period se označava sa 5, a mjeri se u sekundama

ina za vrijeme jednog perioda dva puta promijeni svoj smjer.čine u jednom smjeru traje polovinu perioda, a za vrijeme druge

ine perioda smjer je suprotan.

Promjena induciranog napona zavisi od brzine kojom se navojak obrćUzmimo, na primjer, da je brzina obrtanja navojka 50 puta u jednoj sekundi.

da se u toku jedne sekunde desi 50 promjena intenziteta i smjera izmjeniodnosno, u jednoj sekundi se pojavi 50 perioda. S obzirom na to da 50 perioda traje jednu sekundu, vrijeme trajanja jednog perioda dobijemo kao:

5 150 0,02627 Vremena trajanja svakog perioda su međusobno jednaka ukoliko je brzina obrtanja

vojka konstantna (nepromjenjiva).

polju.

e konstantnom brzinom u homogenom kuta zakretanja, pa

a se ravnomjerno mijenja od 0° do 360°. Pri tome

koji se okreće

e stalnom brzinom u homogenom magnetnom polju, inducira se ine i smjera ponavlja istim redom poslije svakog punog okreta.

ve vodiča u krugu će no mijenjaju. Takva struja se naziva izmjenična

Period je dio vremena koje je potrebno da se izvrši jedna potpuna promjena izmjenične mjeri se u sekundama 627.

ina za vrijeme jednog perioda dva puta promijeni svoj smjer. Dakle, ine u jednom smjeru traje polovinu perioda, a za vrijeme druge

Promjena induciranog napona zavisi od brzine kojom se navojak obrće u magnetnom oj sekundi. To znači izmjenične veličine,

S obzirom na to da 50 perioda traje jednu

usobno jednaka ukoliko je brzina obrtanja

Maksimalna vrijednost (amplituda

To je najveća vrijednost koju postiže izmjenična veličina dva puta postiže maksimalnu vrijednost: jedu negativnom smjeru. Maksimalne vrijednosti se ozna(maksimum). Maksimalna vrijnapona sa 89.

Maksimalna vrijednost induciranog napona se ra

Frekvencija (učestalost)

Frekvencija je broj perioda u jednoj sekundiza mjerenje frekvencije je Herc

Između frekvencije i perioda vlada slijede

Iz ovoga možemo izvesti jedinicu za frekvenciju kao:

Veće jedinice od herca su: kiloherc

Početna faza

Početna faza je fazni kut

Do sada smo kao početak mjerenja vremena (vrijednost induciranog napona u navojku jednaka nulipredstavlja poseban slučaj.

Pretpostavimo da je početak položaja 2, na slici 1.18. Za takav položaj odnosu na koordinatni početak, a inducirani napon (slika 1.19a).

Slika 1.19. Poč

Sa slike uočavamo da je dijagramkoordinatni početak za određdijagram promatrane veličine pomjeren ulijevo

Pretpostavimo sada da je popoložaja 1 i položaja 4, na slici veličine pomjeren udesno u odnosu na koordinatni poDakle, početna faza je negativna kada je odnosu na koordinatni početak

Iz svega navedenog možemo zakizmjenična veličina može imati bilo koju od svojih trenutnih vrijednosti u toku jednog perioda.

imalna vrijednost (amplituda)

a vrijednost koju postiže izmjenična veličina. U toku jednog perioda, ina dva puta postiže maksimalnu vrijednost: jednom u pozitivnom, a

Maksimalne vrijednosti se označavaju velikim slovom i indeksom „m“ Maksimalna vrijednost struje se označava sa :9, a maksimalna vrijednost

Maksimalna vrijednost induciranog napona se računa po formuli:

89 = 1 ∙ ∙ .

e broj perioda u jednoj sekundi. Frekvencija se označava sa „jerenje frekvencije je Herc 6;<7.

frekvencije i perioda vlada slijedeći odnos:

= >? ili 5 >@

Iz ovoga možemo izvesti jedinicu za frekvenciju kao: ;< 1 2⁄

nice od herca su: kiloherc 6;<7, megaherc 6,;<7, gigaherc

koji odgovara početnom trenutku vremena.

četak mjerenja vremena (A 0) uzimali trenutak kada je trenutna napona u navojku jednaka nuli. To, međutim, nije pravilo, ve

četak promatranja izmjenične veličine negdje izmeZa takav položaj vodiča početna faza je pomjerena za četak, a inducirani napon 0 ima određenu pozitivnu vrijednost

a) b)

Početna faza izmjenične veličine: a) pozitivna, b) negativna

avamo da je dijagram izmjenične veličine pomjeren ulijevo u odnosu na etak za određeni kut B (teta). Dakle, početna faza je pozitivna kada je

čine pomjeren ulijevo u odnosu na koordinatni poč

Pretpostavimo sada da je početak promatranja izmjenične veličine negdje izmepoložaja 1 i položaja 4, na slici 1.18. Na slici 1.19b. uočavamo da je dijagram

ine pomjeren udesno u odnosu na koordinatni početak, a početna faza je negativna.etna faza je negativna kada je dijagram promatrane veličine pomjeren udesno

četak.

og možemo zaključiti da za početno vrijeme (Aina može imati bilo koju od svojih trenutnih vrijednosti u toku jednog perioda.



U toku jednog perioda, u pozitivnom, a drugi put

slovom i indeksom „m“ ksimalna vrijednost

čava sa „=“. Jedinica

, gigaherc 6C;<7.

) uzimali trenutak kada je trenutna đutim, nije pravilo, već

ine negdje između položaja 1 i etna faza je pomjerena za kut 0 u

pozitivnu vrijednost

b) negativna.

ine pomjeren ulijevo u odnosu na etna faza je pozitivna kada je

u odnosu na koordinatni početak.

veličine negdje između dijagram promatrane

četna faza je negativna. čine pomjeren udesno u

A 0), promatrana ina može imati bilo koju od svojih trenutnih vrijednosti u toku jednog perioda.


www.etsbi.edu.ba

28

Kružna frekvencija

Osim u stupnjevima ( ° )radijanima. Radi lakšeg razumijevanja mjerenja slici 1.20. Polumjer ovakve kružnice jednak je jedinkružnica. S obzirom da je polumjer

Dakle, obim ovakve kružnice iznosi:

odnosno 360° 2EF-3Jedan radijan odgovara kutu

Pretpostavimo da se jedinikonstantna. Za jedan puni obrtaj, koji odgovara geometrijskom potrebno je vrijeme 5 koje odgovara vremenu od jednog perioda.će opisati luk koji odgovara opisanog luka i vremena potrebnog da se on opiše, matemati

Količnik 4 A⁄ se naziva kutfrekvencija, odnosno:

Pošto je 5 1 =⁄ imamo:

Nakon što smo se upoznali sa osnovnim karakteristikama možemo napisati osnovne matematinapona, odnosno struje:

Srednja vrijednost

Pošto je kod sinusne struje površina ppoluperioda, srednja matematičnuli.

Međutim, za električne potrošaprethodno izvršiti ispravljanje izmjenične struje uspostavlja samo jedan smjer, sredninterval između dvije nulte vrijednosti.izmjenične struje.


stupnjevima ( ° ) električni kut se može predstaviti i tzv. lučRadi lakšeg razumijevanja mjerenja kuta radijanima promatrajmo

ovakve kružnice jednak je jedinici (F 1) i ona se naziva jedinipolumjer jednak jedinici, obim kružnice (2FE) predstavlja puni luk

le, obim ovakve kružnice iznosi:

2FE 2 ∙ 1 ∙ E 2EF-3,

F-3 rad iz čega slijedi:

1 radijan = 57° 17' 44,8".

kutu čiji je kružni luk jednak polumjeru kružnice

Slika 1.20. Jedinična kružnica.

Pretpostavimo da se jedinični polumjer obrće oko točke „0“ i da je brzina obrtanja Za jedan puni obrtaj, koji odgovara geometrijskom kutu 360

koje odgovara vremenu od jednog perioda. Pri istim opisati luk koji odgovara kutu 4 za proporcionalno kraće vrijeme A

opisanog luka i vremena potrebnog da se on opiše, matematički se može izraziti kao:

2E: 5 4: A ili HI? JK kutna (ugaona) brzina, a ona se u elektrotehnici naziva

L 2E5 4A MF2 N imamo: L 2E=.

smo se upoznali sa osnovnim karakteristikama izmjeničmožemo napisati osnovne matematičke jednadžbe za trenutne vrijednosti induciranog

0 89 ∙ 2-3LA 89 ∙ 2-32E=A, - :9 ∙ 2-3LA :9 ∙ 2-32E=A.

ne struje površina pozitivnog poluperioda jednaka površini negativnog poluperioda, srednja matematička vrijednost struje, za ma koji broj cijelih perioda, jednaka je

čne potrošače čiji je rad ovisan od smjera struje potrebno je avljanje izmjenične u istosmjernu struju. S obzirom da se ispravljanjem

struje uspostavlja samo jedan smjer, srednja vrijednost struje u dvije nulte vrijednosti. Na slici 1.21. je predstavljena pozitivna poluper

v. lučnom mjerom ili promatrajmo kružnicu na

na se naziva jedinična predstavlja puni luk.

u kružnice.

i da je brzina obrtanja 360° 2EF-3, Pri istim uvjetima polumjer A. Proporcionalnost

ki se može izraziti kao:

, a ona se u elektrotehnici naziva kružna

izmjeničnih veličina, sada za trenutne vrijednosti induciranog

ozitivnog poluperioda jednaka površini negativnog ka vrijednost struje, za ma koji broj cijelih perioda, jednaka je

iji je rad ovisan od smjera struje potrebno je S obzirom da se ispravljanjem

ja vrijednost struje :O se određuje za . je predstavljena pozitivna poluperioda

Slika 1.21. Srednja vrijednost i

Površina omeđena krivuljom struje i vodgovarajuću količinu elektriciteta

Ovu površinu možemo osnovica 5 2⁄ , a visina 0,637(koja fizikalno ne postoji), a njena vrijednost u odnosu na maksimalnu vrijednost iznosi:

Srednja, matematička, vrijednost izmjenikonstantne jačine, pri kojoj bi za vrijeme polovine perioda (količina elektriciteta (P) kao i pri

Analogno je srednja vrijednost

Efektivna vrijednost

Efektivno djelovanje izmjenidjelovanjem istosmjerne struje, odgovarajustruje brojno je jednaka istosmjernoj struji konstantne jaistu količinu toplote kao i promatrana izmjeni

Radi određivanja brojčane zavisnosti efektivne vrijednosti izračunati količine toplote koje razvijaju istosmjerna i razvija istosmjerna struja : na otporniku (Džulovom) zakonu kao:

Da bismo odredili količinu tslici 1.22.

Slika 1.22. Dijagram trenutnih vrijednosti kvadrata izmjeni

Sa slike je vidljivo da dijagrama pošto je snaga funkcija kvadrata struje, zna

ednja vrijednost izmjenične sinusne struje za polovinu perioda.

ena krivuljom struje i vremenskom osom, u intervalu inu elektriciteta P.

Ovu površinu možemo transformirati u ekvivalentnu površinu pravo637 ∙ :9. Ova visina predstavlja srednju vrijednost sinus, a njena vrijednost u odnosu na maksimalnu vrijednost iznosi:

:QR HI ∙ :9 0,637 ∙ :9.

ka, vrijednost izmjenične struje je brojno jednaka istosmjernoj struji, ine, pri kojoj bi za vrijeme polovine perioda (5 2⁄ ) kroz

) kao i pri promatranoj izmjeničnoj struji.

Analogno je srednja vrijednost izmjeničnog napona:

8QR HI ∙ 89 0,637 ∙ 89.

izmjenične struje izražava se usporedbomdjelovanjem istosmjerne struje, odgovarajuće jačine. Dakle, efektivna vrijednost izmjenistruje brojno je jednaka istosmjernoj struji konstantne jačine koja u strujnom

inu toplote kao i promatrana izmjenična struja.

čane zavisnosti efektivne vrijednosti izmjeničneine toplote koje razvijaju istosmjerna i izmjenična struja. Količ

na otporniku S za vrijeme 5 određuje se prema

P :H ∙ S ∙ 5

činu toplote koju razvija izmjenična struja promatrajmo

. Dijagram trenutnih vrijednosti kvadrata izmjenične struje.

dijagram kvadrata izmjenične struje ima stalno pozitivnu vrijednost, a pošto je snaga funkcija kvadrata struje, znači da snaga ima stalan smjer.



ne struje za polovinu perioda.

remenskom osom, u intervalu 5 2⁄ , predstavlja

transformirati u ekvivalentnu površinu pravokutnika čija je rijednost sinusne struje

, a njena vrijednost u odnosu na maksimalnu vrijednost iznosi:

ne struje je brojno jednaka istosmjernoj struji, ) kroz krug protekla ista

usporedbom sa efektivnim rijednost izmjenične

ine koja u strujnom krugu razvija

čne struje, potrebno je Količina toplote koju

đuje se prema Jouleovom

promatrajmo dijagram na

ne struje.

struje ima stalno pozitivnu vrijednost, i da snaga ima stalan smjer.


www.etsbi.edu.ba

30

Toplota proizvedena izmjenipovršini ograničenoj vremenskom osom izmjenične struje. Ova površina jednaka je površini pravo:9H 2⁄ .

Dakle, količina toplote koju razvija je:

Ako izjednačimo izraze za koli

Nakon sređivanja izraza, slijedi:

Dakle, efektivna vrijednost izmjenivrijednosti.

Analogno je efektivna vrijednost

U praksi se uvijek koriste efektivne vrijednosti slučajevima kada se navode vrijednosti struje i naefektivnim vrijednostima. Najveefektivnim vrijednostima struje i napona

Fazni odnosi

Pri proučavanju fizikalnihizmjenične veličine jednake frekvencije prolaze u isto ili razlikarakteristične vrijednosti (nulte i maksimalne)

Fazna jednakost

Za dvije ili više izmjeničnih veliistom frekvencijom i koje istovremeno prolaze kroz svoje nulte i maksimalne vrijednosti, poklapajući se po smjeru, kažemo da imaju jednake faze, odnfazi.

Slika


izmjeničnom strujom na otporniku S za vrijeme enoj vremenskom osom A (u intervalu 5) i krivom koja predstavlja kvadrat

Ova površina jednaka je površini pravokutnika čija je osnovica

ina toplote koju razvija izmjenična struja na otporniku S za vrijeme

P ≅ :9H2 ∙ S ∙ 5

imo izraze za količinu toplote istosmjerne i izmjenične struje dobi

:H ∙ S ∙ 5 :9H2 ∙ S ∙ 5

, slijedi:

:H UVWH odnosno :@ UV√H 0,707 ∙ :9

Dakle, efektivna vrijednost izmjenične struje je za √2 puta manja od njene maksimalne

logno je efektivna vrijednost izmjeničnog napona:

8@ 89√2 0,707 ∙ 89

U praksi se uvijek koriste efektivne vrijednosti izmjenične struje i napona.ajevima kada se navode vrijednosti struje i napona, podrazumijeva se da se radi o

Najveći broj mjernih instrumenata se umjerava (m vrijednostima struje i napona.

fizikalnih procesa u kolima izmjenične struje možemo uoine jednake frekvencije prolaze u isto ili različito vrijeme kroz svoje

ti (nulte i maksimalne).

izmjeničnih veličina koje se mijenjaju po istom sinusnom zakonu, sa i koje istovremeno prolaze kroz svoje nulte i maksimalne vrijednosti,

i se po smjeru, kažemo da imaju jednake faze, odnosno kažemo da se nalaze u

Slika 1.23. Dijagram dviju struja jednakih faza.

za vrijeme 5 jednaka je krivom koja predstavlja kvadrat

čija je osnovica 5, a visina

za vrijeme 5 jednaka

struje dobivamo:

puta manja od njene maksimalne

struje i napona. U svim jeva se da se radi o umjerava (baždari) u

struje možemo uočiti da čito vrijeme kroz svoje

ina koje se mijenjaju po istom sinusnom zakonu, sa i koje istovremeno prolaze kroz svoje nulte i maksimalne vrijednosti,

osno kažemo da se nalaze u

Dakle, dvije izmjenične strujekutove koji određuju trenutni položaj u svakoizrazi za trenutne vrijednosti ovih struja su:

--H

gdje su: B> i BH - početni fazni

4> = YLA Z B>[ i 4H = YLARazlika početnih faznih ugl

Uvjet fazne jednakosti je

Fazna razlika

Za dvije ili više izmjeničnih veliistom frekvencijom, poklapajućnulte i maksimalne vrijednosti, kažemo da izmeda su fazno pomjerene.

Dakle, veličine koje su fazno pomjerene, a imaju jednaku frekvenciju, zadržavaju isti međusobni položaj u toku cijelog procesa promjena

Slika

Dva izmjenična napona, koji se ne nalaze u fazi, imat kutove koji određuju trenutni položtrenutne vrijednosti ovih napona su:

gdje su: B> i BH - početni fazni

Sa slike je vidljivo da je B

Dakle, kao zaključak možeE 2⁄ , odnosno, može se također

Na osnovu ovoga možemo izvesti i slijede

Vremenski interval koji prođvrijednost, do trenutka u kojem druga velipomak. Za veličinu čije karakteristivrijednosti druge veličine, kaže se da fazno prednja

čne struje, koje se nalaze u fazi, imat će početne fazne uju trenutni položaj u svakom trenutku, jednake vrijednosti

izrazi za trenutne vrijednosti ovih struja su:

-> :>9 ∙ 2-3YLA Z B>[ :>9 ∙ 2-34>

H :H9 ∙ 2-3YLA Z BH[ :H9 ∙ 2-34H

četni fazni kutovi,

YLA Z BH[ - fazni kutovi (u radijanima).

etnih faznih uglova naziva se fazni pomak (\), odnosno:

\ BH ] B>

fazne jednakosti je \ 0 odnosno B> BH.

izmjeničnih veličina koje se mijenjaju po istom sinusnom zakonu, sa istom frekvencijom, poklapajući se po smjeru, ali koje ne prolaze istovremeno kroz svoje nulte i maksimalne vrijednosti, kažemo da između njih postoji fazna razlika, odnos

ine koje su fazno pomjerene, a imaju jednaku frekvenciju, zadržavaju isti u toku cijelog procesa promjena.

Slika 1.24. Dijagram dvaju napona različitih faza.

, koji se ne nalaze u fazi, imat će početne fazne uju trenutni položaj u svakom trenutku, različite. Matemati

trenutne vrijednosti ovih napona su:

0> 8>9 ∙ 2-3YLA Z B>[ 0H 8H9 ∙ 2-3YLA Z BH[ četni fazni kutovi

B> 0 i BH E 2⁄ , pa je fazni pomak:

\ BH ] B> E 2⁄ ] 0 E 2⁄ .

može se reći da napon 0> fazno zaostaje za naponom đer reći da napon 0H fazno prednjači naponu 0

Na osnovu ovoga možemo izvesti i slijedeću definiciju faznog pomaka:

Vremenski interval koji prođe od trenutka u kojem je jedna veličina imala karakteristivrijednost, do trenutka u kojem druga veličina postigne istu takvu vrijednost naziva se fazni

ije karakteristične vrijednosti nastupaju ranije od odgovarajuine, kaže se da fazno prednjači, a za drugu veličinu da fazno zaostaje.



četne fazne kutove, kao i m trenutku, jednake vrijednosti. Matematički

ina koje se mijenjaju po istom sinusnom zakonu, sa ali koje ne prolaze istovremeno kroz svoje

razlika, odnosno kažemo

ine koje su fazno pomjerene, a imaju jednaku frekvenciju, zadržavaju isti

četne fazne kutove, kao i Matematički izrazi za

fazno zaostaje za naponom 0H za kut 0> za kut E 2⁄ .

u definiciju faznog pomaka:

čina imala karakterističnu stu takvu vrijednost naziva se fazni

ne vrijednosti nastupaju ranije od odgovarajućih činu da fazno zaostaje.


www.etsbi.edu.ba

32

Fazni pomak postoji ne samo izmena primjer, između napona i struje ili struje i napona samoindukcije itd.

Djelatni otpor u krugu izmjeni

Otpornost u krugu izmjeničje u kolima izmjenične struja većkoji nastaju uslijed površinskog efekta izanemariti. U krugu izmjeničmijenjaju se po istom zakonu i istovremeno prolanapon i struja se u kolima sa č

Slika 1.25. Vremenski oblici struje i napona za

Ako kroz otpor S teče sinusna struja

0^Vidimo da za maksimalne vrije

Također, možemo pokazati da i za efektivne vrijednosti struje i napona vrijedi zakon:


Fazni pomak postoji ne samo između istovrsnih veličina već i između razliu napona i struje ili struje i napona samoindukcije itd.

izmjeni čne struje

izmjenične struje se naziva djelatna (aktivna, omskastruja veća nego u kolima istosmjerne struje zbog pove

taju uslijed površinskog efekta i histereze. Ovo uvećanje se u praksi obiizmjenične struje sa čisto djelatnim otporom, napo

mijenjaju se po istom zakonu i istovremeno prolaze kroz svoje karakterističnapon i struja se u kolima sa čisto aktivnom otpornosti nalaze u fazi.

. Vremenski oblici struje i napona za krug sa djelatnim otporom.

če sinusna struja - = :9 ∙ 2-3LA, onda na otporu vlada napon:

^ S ∙ - S ∙ :9 ∙ 2-3LA 89 ∙ 2-3LA Vidimo da za maksimalne vrijednosti struje i napona vrijedi Ohmov zakon, odnosno:

89 :9 ∙ S tj. :9 _V

er, možemo pokazati da i za efektivne vrijednosti struje i napona vrijedi

:@ :9√2 89√2 ∙ S 89√2 ∙ 1S 8@S

ć đu različitih veličina,

(aktivna, omska) otpornost. Ona a nego u kolima istosmjerne struje zbog povećanih gubitaka

anje se u praksi obično može otporom, napon i jačina struje

ze kroz svoje karakteristične točke. Dakle,

otporom.

, onda na otporu vlada napon:

zakon, odnosno:

er, možemo pokazati da i za efektivne vrijednosti struje i napona vrijedi Ohmov


33 Osciloskop

Osciloskop

Ovaj elektronički mjerni uređaj služi za brzi dvodimenzionalni prikaz signala. Osciloskop se najčešće koristi za prikaz vremenske ovisnosti nekog mjernog signala ` = =YA[, gdje se vodoravna (X-os) podrazumijeva kao vremenska os. Alternativno se osciloskop može koristiti za prikaz funkcijske ovisnosti dva signala (takozvani X-Y način rada), gdje se na Y-os osciloskopa dovodi jedan od mjernih signala, dok se na X-os dovodi signal u čijoj funkciji želimo promatrati signal doveden na Y-os.

Osciloskop se sastoji od katodne cijevi s grijanom katodom (negativnom elektrodom) kao izvorom snopa elektrona, pojačala mjernog signala (pojačalo za okomitu os), pojačala za vodoravni otklon (vodoravnu os) i generatora pilastog napona (vremenske baze), fluorescentnog zaslona katodne cijevi i raznog dodatnog sklopovlja.

Slika 1.26. Katodna cijev analognog osciloskopa.

Katodna cijev sadrži skup anoda za ubrzavanje elektrona u smjeru zaslona i fokusiranje tako dobivenog elektronskog snopa (tzv. „elektronski top“), te dva para otklonskih pločica, od kojih je jedan postavljen vodoravno, a drugi okomito. Princip rada osciloskopa je sljedeći:

• Ukoliko na vodoravno postavljeni par pločica (Y-os) primijenimo napon različit od nule, uslijed djelovanja elektrostatske sile snop elektrona će se otkloniti u okomitom smjeru u odnosu na os katodne cijevi.

• Napon doveden na okomito postavljeni par pločica (X-os) uzrokovati će otklanjanje snopa elektrona u vodoravnom smjeru.

Dolaskom brzih elektrona na fluorescentni zaslon katodne cijevi dolazi do pretvorbe njihove kinetičke energije u svjetlost čime je omogućen prikaz signala. Napon s vremenske baze (pilasti napon) dovodi se na odgovarajuće pojačalo na čijem se izlazu nalaze otklonske pločice za X-os. Linearni porast napona pilastog signala omogućuje da se snop elektrona prethodno otklonjen otklonskim pločicama Y-osi pomiče po ekranu proporcionalno s proteklim vremenom. Kao rezultat toga dobije se prikaz u realnom vremenu mjerenog signala dovedenog na pojačalo Y-osi.

Za stabilan prikaz vremenske ovisnosti signala dovedenog na Y-os potrebno je podesiti okidanje, odnosno iznos i vremensku derivaciju signala kod kojih se signal počinje prikazivati na zaslonu (tzv. trigger LEVEL and SLOPE), tako da iscrtavanje signala uvijek počinje u istoj točki signala (što je vrlo bitno kod prikaza periodičkih signala).


www.etsbi.edu.ba

34

Slika 1.27. Izgled upravljačke ploče analognog osciloskopa.

Slika 1.27. prikazuje upravljačku (prednju) ploču tipičnog osciloskopa s katodnom cijevi. Na zaslonu katodne cijevi nalazi se raster koji u pravilu ima 10 podjeljaka (DIV) po vodoravnoj osi i 8 podjeljaka po okomitoj osi.

Osciloskopi se obično izvode s barem dva ulaza (kako bi se ostvario istovremeni prikaz dva ili više signala). Za svaki ulazni naponski signal određuje se okomita rezolucija u a:⁄ koja se za osciloskop na slici 1.27. može nalaziti u rasponu od 5* a:⁄ do 10 a:⁄ . Na primjer, ukoliko se želi preko cijelog okomitog raspona ekrana prikazati sinusni mjerni signal vršne vrijednosti 40 (napon koji se mijenja od −40 do Z40), odabrat ćemo okomitu rezoluciju od 10 a:⁄ . S druge strane, da bismo mogli uočiti bitne značajke vremenskih promjena mjernog signala potrebno je na odgovarajući način podesiti vremensku bazu (X-os). Podešavanje vremenske baze obavlja se kotačićem TIME/DIV čiji raspon za dani osciloskop može ići od 0,5 b2 a:⁄ do 0,5 2 a:⁄ , što dogovara vremenskom intervalu u kojem promatramo signal (preko cijele širine ekrana) u rasponu 5b2 do 52. Princip rada analognog osciloskopa

Svaki analogni osciloskop ima tri osnovna dijela koji omogućuju prikaz signala koga gledamo. To su:

• X-otklonski sustav ili vremenska baza, • Y-otklonski sustav, • Okidni (trigerski) sustav.

Na sva tri navedena sustava možemo dovoditi signal sa vanjskog izvora dok X otklonski sustav (vremenska baza) i trigerski sustav, većinom koriste interne izvore. Obično, osciloskopom promatramo vremenski promjenjive signale i to periodične signale. U tom slučaju na Y otklonski sustav dovodima naponski signal koji promatramo, a X otklonski sustav služi kao vremenska baza.

Pretpostavimo da na ulaz dovodimo sinusni signal amplitude A i frekvencije f. Ako koristimo XY prikaz a na X ulaz nismo doveli nikakav signal odnosno cYA[ = 0 prikaz na osciloskopu će biti okomita duž od točke (0, -A) do točke (0, +A) (slika 1.24.).


35 Osciloskop

Slika 1.28. Prikaz sinusnog signala na Y-otklonskom sustavu X(t)=0.

Generator vremenske baze koji se koristi kao interni izvor signala za X otklonski sustav ima signal oblika kao na slici 1.29. To je u osnovi linearni signal kojim upravlja generator linearnog napona i triger. Generator vremenske baze daje signal koji se linearno mijenja od −8 do Z8 za vrijeme 5, zatim se signal brzo vraća u točku −8 po eksponencijalnom zakonu za vrijeme A> znatno kraće od vremena 5, poslije toga za vrijeme AH signal ima vrijednost −8.

Triger starta početak linearnog dijela signala. Vrijeme 5 mi biramo izborom razmjere po vremenskoj ljestvici. Za vrijeme koje izaberemo točka koju ispisuje elektronski mlaz kreće se od krajnjeg lijevog položaja na zaslonu, do krajnjeg desnog položaja na zaslonu. Poslije toga za vrijeme A> koje je vrlo kratko i koje je konstantno, elektronski mlaz se vraća sa krajnjeg desnog položaja u početni položaj. Vrijeme AH je promjenjivo i njega definira trigerski sustav. Naime, trigerski sustav se brine da se ispisivanje signala na zaslonu obavlja tako da poslije jednog prolaska zrake preko zaslona naredni prolazak ide po istoj putanji, u protivnom na zaslonu bismo vidjeli grupu isprepletenih linija i ne bismo mogli vršiti mjerenje.

Slika 1.29. Signal vremenske baze osciloskopa.

Trigerski sustav radi tako što ispis signala (on upravlja startanjem linearnog dijela vremenske baze) počinje u točki čiju amplitudu i karakter (raste ili opada) mi biramo preko tipki na prednjoj ploči osciloskopa. Vrijeme AH traje od isteka vremena A> do nailaska vrijednosti na ulaznom signalu čiji parametri su postavljeni na trigerskom sustavu (slika 1.29).

Kao što se sa slike 1.30. vidi, ulazni signal je periodičan i mi na zaslonu vidimo samo jedan njegov dio. Taj dio ne mora da bude period niti cio broj perioda. To zavisi od toga što mjerimo. Dobro je na ekranu imati više od jednog perioda signala, ali ne previše jer je tada očitanje loše. Taj dio koji se vidi ispisuje se uzastopnim prolascima elektronskog mlaza po istoj putanji na zaslonu. Ako je broj ovih prolazaka veliki (veći od 25 u sekundi) tromost oka kao i fosforescencija učiniti će da umjesto samo točke koja u stvarnosti prelazi zaslonom mi vidimo trag u obliku linije na dvodimenzionalnoj ravni zaslona. Ovo pravi problema kod mjerenja osciloskopom sporo-promjenjivih signala, čije su frekvencije manje od 25;<. Za to se može koristiti osciloskop sa pamćenjem ili digitalni osciloskop koji je danas dosta u uporabi. Kod promatranja signala sa većim frekvencijama od 25;< prikaz na osciloskopu je utoliko mirniji što je frekvencija veća.


www.etsbi.edu.ba

36

Postoji gornje ograničenje po frekvenciji mjerenja osciloskopom koje je posljedica njegove konstrukcije i proizvođači daju taj podatak. Osciloskop je utoliko kvalitetniji što je ova gornja granična frekvencija signala koji se može mjeriti veća. Danas su to uglavnom frekvencije: 20,;<, 30,;<, 50,;< ili 100,;<.

Slika 1.30. Princip djelovanja trigerskog sustava.

Parametre trigera postavlja korisnik koristeći dugmad i potenciometre na prednjoj strani osciloskopa. Kod postavljanja parametara trigera postavljaju se: amplituda, karakter, izvor, način rada. Za način rada birajte „normal“. Za izvor birajte „interni“ i to CH1 ili CH2. Izabrani kanal mora imati prisutan signal na ulazu, različit od nule. Karakter može biti rastući ili opadajući. Amplituda se bira od Z8K do −8K kontinuirano, pri čemu je važno da odabrani ulazni kanal ima amplitudu signala veću od odabrane amplitude na trigeru.

Odabrani kanal za okidanje mora imati spojenu svoju masu sa masom izvora signala, dok drugi kanal ne mora.

Mjerenje amplitude

Osciloskop pokazuje trenutne vrijednosti naponskog signala dovedenog na ulaz (Y otklonski sustav) kao funkcije vremena. Sa dijagrama koji imamo na zaslonu vršimo očitanje koristeći razmjeru koju smo odabrali po okomitoj osi. Ako je ulazni signal prevelik (te bi putanja izašla iz vidljive ravni zaslona) ili premalen (odnosno amplituda je tako mala da bi mjerenje bilo loše) imamo mogućnost da pojačavamo ili slabimo signal prije njegovog dovođenja na okomiti otklonski sustav.

Sa stanovišta mjerenja mi definiramo razmjeru prikaza na zaslonu u odnosu na stvarnu vrijednost signala. Razmjera se daje u ⁄ . Sada se očitanje amplitude svodi na mjerenje rastojanja na zaslonu izraženo u d-* i množenjem aktivnom razmjerom.


37 Osciloskop

Slika 1.31. Mjerenje amplitude osciloskopom.

Signali koje mjerimo mogu biti istosmjerni, izmjenični, unipolarni, bipolarni, itd. Trebamo imati mogućnost mjerenja kako apsolutnih iznosa amplituda tako i njihovih vrijednosti u odnosu na neku referentnu vrijednost. Ta referentna vrijednost se, obično, uzima kao nula i zove se MASA (engl. GND - ground). Iako engleski termin GND asocira na uzemljenje, termin MASA ima posebno značenje. Pod terminom masa podrazumijevamo referentnu točku na električnoj shemi u odnosu na koju tretiramo ostale točke po potencijalu. Potencijal mase se uzima kao nula, ali on ne mora da bude na potencijalu zemlje niti na bilo koji način uzemljen (iako može).

Kod dovođenja signala na ulaz osciloskopa mjernom sondom, masu sonde spajamo na shemi ili izvoru signala na točku koju tretiramo kao masu. Ovdje treba voditi računa da je preko mrežne instalacije od 220 kojom se napaja osciloskop, masa sonde spojena na uzemljenje naponske mreže, to isto vrijedi za generator funkcija te sve mase ovih uređaja uvijek treba spajati na istu točku na shemi.

Pošto mi imamo mogućnost da promjenjivim otpornikom za okomiti otklon pomjeramo signal po okomitoj osi zaslona onda prije mjerenja uvijek treba prvo usvojiti liniju MASE na zaslonu. To radimo tako što aktiviramo GND dugme za dati kanal, čime kratko spajamo ulaze sonde osciloskopa za taj kanal. Na zaslonu osciloskopa ćemo dobiti ravnu liniju te sada promjenjivim otpornikom za okomito pomicanje postavimo masu na liniju koju želimo. Poslije toga deaktiviramo GND i aktiviramo DC i na zaslonu će se pojaviti ulazni signal. Sada su sve vrijednosti ulaznog signala smještene iznad usvojene linije MASE na plus potencijalu, a vrijednosti ispod ove linije su na minus potencijalu.

Pored GND načina rada po ulaznom kanalu imamo mogućnost izbora DC ili AC. Ovo često unosi zabunu kod mjerenja jer termini asociraju na istosmjerne (DC) i izmjenične (AC) signale, pa učenici imaju predstavu da sa DC načinom rada mjere istosmjerne, a sa AC mjere izmjenične signale. Ova interpretacija je pogrešna i zato ćemo to detaljno objasniti. Ulazni signal u općem slučaju ima slijedeći analitički oblik:

8e = 8fg Z 8hg.

Ovdje je 8fg istosmjerna komponenta ulaznog signala a 8hg izmjenična komponenta ulaznog signala (slika 1.32.). Kako mjerimo ovakav signal?

Prvo sa DC načinom rada pogledamo kompletan signal (znači, DC način rada tretira cijeli signal, a ne samo istosmjerne signale ili istosmjernu komponentu signala). Vidi se da ne možemo dobro očitati amplitudu izmjenične komponente signala, jer je mala u odnosu na istosmjernu, te bi povećanje razmjere izbacilo prikaz signala izvan vidljivog dijela zaslona, tako da ovdje očitamo samo amplitudu istosmjerne komponente i snimamo oblik signala. Sada aktiviramo AC način rada te povećanjem razmjere uvećamo izmjenični dio signala i očitamo amplitudu izmjenične komponente. Znači, AC način rada prikazuje samo izmjenični dio signala. Kod snimanja DC i AC komponente signala masu na zaslonu postavljamo neovisno, cilj je dobiti što bolju razmjeru signala na zaslonu.


www.etsbi.edu.ba

38

Slika 1.32. DC i AC način rada osciloskopa.

Iz izloženog proizlazi zaključak da sa DC načinom rada tretiramo kompletne signale, a sa AC načinom rada gledamo samo izmjenični dio signala i to onda kada je amplituda izmjenične komponente signala 8hg znatno manja od istosmjerne komponente signala 8fg.

Osciloskopi obično imaju dva kanala (nekad i četiri). Istovremeni prikaz oba kanala na jednom zaslonu može se obaviti korištenjem katodne cijevi sa dva neovisna elektronska mlaza ili korištenjem elektroničkog komutatora. Pošto je izvedba sa elektroničkim komutatorom jednostavnija i jeftinija pa samim time i prisutnija u praksi, objasnit ćemo ovaj princip.

Dvokanalni osciloskop ima dva ulaza označena kao CH1 i CH2. Ako se koristi XY način rada onda je jedan od ovih ulaza signal koji upravlja Y otklonskim sustavom (CH1), a drugi upravlja X otklonskim sustavom (CH2). Na osciloskopu je prisutna jedna putanja koju opisuje kombinirano djelovanje ova dva ulazna kanala.

Kada koristimo vremensko prikazivanje signala onda na jedan kanal dovodimo jedan signal koji gledamo a na drugi kanal drugi signal. Ova dva signala će biti predstavljena na zaslonu sa zajedničkom vremenskom bazom koju formira sam osciloskop, tako da je moguća vremenska usporedba dva signala (vremenska osa je ista). Za okidanje možemo odabrati jedan ili drugi kanal i u pravilu se bira onaj kanal na koji dovodimo poznati signal, recimo sa generatora funkcija. Izuzetak čini pojačavanje signala kada je zbog male amplitude ulaznog signala sa generatora funkcija za okidanje bolje odabrati izlaz iz pojačala.

Princip elektroničkog komutatora je vrlo jednostavan. Poseban elektronički sklop (elektronički komutator) vrši prebacivanje ulaza u Y otklonski sustav sa jednog na drugi kanal. Ovo se može izvoditi na dva načina:

• ALT načinom rada, kada je na ulazu Y otklonskog sustava prisutan signal sa jednog kanala cijeli jedan prolaz zrake preko zaslona, a u slijedećem prolazu se pušta drugi kanal i tako naizmjenično.

• CHOP načinom rada, kada se prebacivanje izvodi za vrijeme mnogo kraće od trajanja jednog perioda vremenske baze tako da se nekoliko hiljada puta za vrijeme jednog prolaza ispisuje izmjenično jedan pa drugi signal.

Izbor ALT ili CHOP način rada vrši korisnik tipkama na prednjoj ploči osciloskopa. Zbog velike frekvencije prebacivanja oba načina rada daju mirnu sliku na zaslonu i osjećaj kontinuiteta.


39 Osciloskop

Mjerenje frekvencije

Mjerenje frekvencije se svodi na mjerenje perioda signala i korištenje poznatog izraza:

= = 15

Za mjerenje perioda postavimo signal tako da neka referentna točka na signalu bude na jednoj od okomitih linija (pomjeramo signal vodoravno sa X promjenjivim otpornikom), zatim od te točke mjerimo rastojanje izraženo u podjeljcima do kraja perioda signala. Poslije toga izmjereno rastojanje množimo sa odabranom razmjerom po vremenskoj ljestvici (slika 1.33.).

Slika 1.33. Mjerenje perioda signala.

Mjerenje faznog pomaka

Mjerenje faznog pomaka osciloskopom se izvodi vrlo jednostavno. Signali, čiji se fazni pomak mjeri, se dovode na kanale 1 i 2. Mase na zaslonu oba kanala se postave na istu liniju. (Napomena: kanale možemo neovisno jedan od drugog pomjerati po okomitoj liniji). Zatim se odabere vremenska baza tako da očitanje bude najbolje.

Za ovo mjerenje možemo na zaslonu imati i manje od jednog perioda signala (slika 1.34.). Na prvi kanal dovodimo referentni signal (uzimamo da je \> = 0), a na drugi kanal dovodimo signal čiji fazni pomak mjerimo. Na osciloskopu izmjerimo vrijeme koje protekne između prolaza referentnog signala kroz nulu i slijedećeg signala, pri čemu ti prolazi trebaju biti ili oba rastuća ili oba padajuća. Iz ovog vremena možemo izračunati fazni pomak u stupnjevima prema izrazu:

\ = ∆A5 ∙ 360° = = ∙ ∆A ∙ 360°

U izrazu 5 je period signala koji se može izmjeriti na način opisan u prethodnom dijelu.

Slika 1.34. Mjerenje faznog pomaka.


www.etsbi.edu.ba

40

Kalibracija osciloskopa

Vremenom, svaki osciloskop može da počinje praviti grešku u mjerenju. Greška se pojavljuje kao rezultat deformacije karakteristika internih pojačala u X ili Y otklonskom sustavu. Zato većina osciloskopa ima mogućnost kontinuiranog namještanja ovog pojačanja. Ono se izvodi preko promjenjivog otpornika koji je centralni dio preklopnika za razmjeru po X i Y otklonskom sustavu. U normalnom radu ovaj promjenjivi otpornik je u krajnjem desnom položaju. Da bismo mogli pravilno izvesti kalibraciju treba nam izvor signala poznatih i stabilnih parametara. Za te namjene može poslužiti izvor koji posjeduje sam osciloskop. To je signal pravokutnog signala obično amplitude od 0,2 i frekvencije 1;<. Spojimo sonde ulaznih kanala na ovaj izvor i izvršimo provjeru. Ovo treba povremeno raditi i kada nemamo osjećaj da osciloskop pokazuje pogrešno.

Ovaj izvor može poslužiti i za kalibraciju sondi. Naime sonde za osciloskop nisu obična dva komada vodiča za dovod signala. One se rade sa posebnom pažnjom i njihova konstrukcija treba biti takva da im karakteristična impedancija odgovara ulaznoj impedanciji osciloskopa. Ukoliko to nije slučaj doći će do deformacije signala. Za te namjene sve sonde su opremljene promjenjivim otpornicima kojima možemo izvršiti prilagodba karakteristične impedancije.

Jednim promjenjivim otpornikom vršimo kompenzaciju sonde za niske frekvencije (L), a drugim za visoke frekvencije (H). To se postiže tako što sonde spojimo na interni izvor signala i pomjeramo promjenjivi otpornik dok se signal ne izravna (slika 1.35.). Za niske frekvencije koristimo interni signal 1;<, a za visoke frekvencije koristimo signal 1,;<.

Slika 1.35. Kompenzacija sondi osciloskopa.


41 Osciloskop

Primjeri mjerenja pomo ću osciloskopa

Primjer 1.

Za valni oblik koji prikazuje osciloskop na slici odrediti: period signala, frekvenciju i napon od vrha do vrha (8). Preklopnik vremenske baze (TIME/DIV) je podešen na vrijednost 100 b2 ⁄ , dok je preklopnik napona (VOLTS/DIV) podešen na vrijednost 20 ⁄ .

Slika 1.36. Valni oblik signala na osciloskopu za primjer 1.

Širina jedne potpune promjene signala je 5,2 podjeljka, iz čega slijedi da je period:

5 = 5,2 ∙ 100b2 ⁄ = 520b2 = 0,52*2. Frekvencija je:

= = >? = >

,jH9Q = 1,92;<.

Visina signala od vrha do vrha je 3,6 podjeljaka, iz čega slijedi da je napon signala od vrha do vrha:

8 = 3,6 ∙ 20 ⁄ = 72.

Primjer 2.

Za sinusni napon koji prikazuje osciloskop na slici odrediti: frekvenciju, amplitudu i efektivnu vrijednost. Preklopnici su podešeni na vrijednosti: TIME/DIV = 500 b2 ⁄ , VOLTS/DIV = 5 ⁄ .


Širina jedne potpune promjene signala je 4 podjeljka. Slijedi da je:

5 = 4 ∙ 500b2 ⁄ = 2*2. Frekvencija je:


www.etsbi.edu.ba

42

= = >? = >

H9Q = 500;<.

Vrijednost napona od vrha do vrha je:

8 = 5 ∙ 5 ⁄ = 25.

Iz čega slijedi da je amplituda signala na osciloskopu:

89l = _mmH = Hj

H = 12,5.

Efektivna vrijednost napona signala na osciloskopu se računa prema poznatom obrascu:

8 = _Vno√H = >H,j

√H = 8,84.

Primjer 3.

Dvokanalni osciloskop na ekranu prikazuje dva naponska signala kao na slici. Odrediti: frekvenciju, efektivne vrijednosti i faznu razliku signala. Preklopnici su podešeni na vrijednosti: TIME/DIV = 100 b2 ⁄ , VOLTS/DIV = 2 ⁄ .


Širina jedne potpune promjene oba signala je 5 podjeljaka, pa je njihov period:

5 = 5 ∙ 100 b2 ⁄ = 500b2 = 0,5*2 Iz čega slijedi da je frekvencija:

= = 15 = 1

0,5 ∙ 10(% = 2000;< = 2;< Maksimalna vrijednost (amplituda) signala A je: 2 ∙ 2 ⁄ = 4, pa

se može izračunati da je efektivna vrijednost signala A:

8h@ = 4√2 = 2,83

Maksimalna vrijednost signala B je: 2,5 ∙ 2 ⁄ = 5, slijedi da je:

8p@ = 5√2 = 3,54

Pošto je period signala 5 podjeljaka, može se zaključiti da 5 podjeljaka iznosi 360°, iz čega slijedi da je:

1 = 360°5 = 72°

Fazni kut je: \ = 0,5 = 0,5 ∙ 72 ° ⁄ = 36° Pa možemo reći da signal A prednjači ispred signala B za 36°.

Generator funkcija

Iako je generator funkcija grupu elektroničke instrumentacije jer mu je namjena takva da se koristi u sklopu mjerenja, odnosno ispitivanja karakteristika pojedinih sklopova. Veliki broj može ispitati dovođenjem naponskog signala koji se mijenja u vremenu po sinusnom ili nekom drugom zakonu. To je u principu naponski izvor kojemu možemo mijenjati oblik, frekvenciju i amplitudu.

Naziv funkcijski generator nastao je u vrijezadavanje funkcijskih signala na ulazu analognih ramasovno koristiti i u druge namjene, ali sa istom funkcijom naziv je zadržan. Danas se ovigeneratori prave sa mogućnošćovako širok frekventni opseg nije generiraju niske frekvencije, a drugom vrstom visoke frekvencije, generatori se proizvode prema namjeni sa nekim opsegom frekvencija koje

Snaga ovih naponskih generatora je vrlovoditi računa da sklop kojim opteredoći će do izobličenja signala na izlazuizlaznog otpora generatora koji nije zanemariv, te sedjelitelj sa unutrašnjim (izlaznim otporom) generatora. Ovo je posebno uodovodimo pravokutni signal na sklop koji je neka RCizlaznog signala jako vidljiva. Za generatore koje mi koristimo treba nastojati da ulazni osklopa ne bude manji od 1Ω

Slika 1

Većina generatora ima prednju plojednostavna. Ovdje ćemo dati samo neke napomene o kojima treba voditi raPreklopnikom (1) biramo tip signala. Izlaz uzimamo sondom sa DC-OUT ili AC-OUT. Sonda mora biti originalna za taj tip geza osciloskop, ali jedinična. otpornik (2) koji omogućuje promjenuiznosi 10 (20, peak-to-amplitude onda nam stoji naumanjenjem amplitude od 10 putaorijentaciju nam može poslužiti pozicija

Frekvenciju kontinuirano frekvenciju od 0,2 ∙ q do 2,4 ∙ qna način generiranja signala potrebno je vanjskim preklopnikomkomponenti (obično su to kapaciteti) za cijelu dekadu, tu operaciju uradifrekventnog opsega. Sada nam stoji na raspolaganju kontinupromjenjivim otpornikom, kao što je re

Iako je generator funkcija prvenstveno generator, odnosno naponski izvor, on spada u ke instrumentacije jer mu je namjena takva da se koristi u sklopu mjerenja,

ispitivanja karakteristika pojedinih sklopova. Veliki broj elektroničenjem naponskog signala koji se mijenja u vremenu po sinusnom ili

drugom zakonu. To je u principu naponski izvor kojemu možemo mijenjati oblik,

Naziv funkcijski generator nastao je u vrijeme kada su ovakvi uređajizadavanje funkcijskih signala na ulazu analognih računala. Pošto su se ovakvi izvori pomasovno koristiti i u druge namjene, ali sa istom funkcijom naziv je zadržan. Danas se ovi

ćnošću promjene frekvencije od 1b;< do 40C;<ovako širok frekventni opseg nije jednostavno postići, to se jednom vrstom sklopova

niske frekvencije, a drugom vrstom visoke frekvencije, generatori se proizvode sa nekim opsegom frekvencija koje mogu generirati.

Snaga ovih naponskih generatora je vrlo niska od 10*r do 200*ropterećujemo generator ima što veći ulazni otpor, u protivnom

enja signala na izlazu generatora. Ovo izobličenje nastaje zbog postojanja izlaznog otpora generatora koji nije zanemariv, te se ulazni otpor sklopa pojavljuje kao

sa unutrašnjim (izlaznim otporom) generatora. Ovo je posebno uosignal na sklop koji je neka RC kombinacija. Tada su izobli

izlaznog signala jako vidljiva. Za generatore koje mi koristimo treba nastojati da ulazni o.

Slika 1.39. Prednja ploča generatora funkcija.

ina generatora ima prednju ploču dosta ujednačenu te je i sama uporaćemo dati samo neke napomene o kojima treba voditi ra

biramo tip signala. Izlaz uzimamo sondom sa BNC konektora sa natpisom mora biti originalna za taj tip generatora ili sonda koju koristimo Za kontinuirano namještanje amplitude koristi se

ćuje promjenu amplitude od 0 do 9l (AMPLITUDE-peak, tj. od vrha do vrha). Ukoliko nam treba signal male

amplitude onda nam stoji na raspolaganju mogućnost korištenja drugog izlaza sa od 10 puta. Trenutno aktivnu amplitudu mjerimo osciloskopom, a za

služiti pozicija promjenjivog otpornika AMPLITUDE

Frekvenciju kontinuirano namještamo promjenjivim otpornikom (3) pri čq, gdje je q odabrani opseg pomoću preklopsignala potrebno je vanjskim preklopnikom mijenjati karakteristike

kapaciteti) za cijelu dekadu, tu operaciju uradi. Sada nam stoji na raspolaganju kontinuirana promjena frekvencije

, kao što je rečeno.


43 Generator funkcija

prvenstveno generator, odnosno naponski izvor, on spada u ke instrumentacije jer mu je namjena takva da se koristi u sklopu mjerenja,

elektroničkih sklopova se enjem naponskog signala koji se mijenja u vremenu po sinusnom ili

drugom zakonu. To je u principu naponski izvor kojemu možemo mijenjati oblik,

aji upotrebljavani za a. Pošto su se ovakvi izvori počeli

masovno koristiti i u druge namjene, ali sa istom funkcijom naziv je zadržan. Danas se ovi C;<. S obzirom da e jednom vrstom sklopova

niske frekvencije, a drugom vrstom visoke frekvencije, generatori se proizvode

*r. O ovome treba ći ulazni otpor, u protivnom

enje nastaje zbog postojanja ulazni otpor sklopa pojavljuje kao

sa unutrašnjim (izlaznim otporom) generatora. Ovo je posebno uočljivo kada kombinacija. Tada su izobličenja

izlaznog signala jako vidljiva. Za generatore koje mi koristimo treba nastojati da ulazni otpor

enu te je i sama uporaba emo dati samo neke napomene o kojima treba voditi računa.

BNC konektora sa natpisom neratora ili sonda koju koristimo

namještanje amplitude koristi se promjenjivi AMPLITUDE). 9l obično

tj. od vrha do vrha). Ukoliko nam treba signal male korištenja drugog izlaza sa

. Trenutno aktivnu amplitudu mjerimo osciloskopom, a za AMPLITUDE.

) pri čemu mijenjamo u preklopnika (4). S obzirom

mijenjati karakteristike kapaciteti) za cijelu dekadu, tu operaciju uradi korisnik izborom

promjena frekvencije


www.etsbi.edu.ba

44

U osnovnom načinu rada izlaz iz generatora je bipolaran signal sa srednjom vrijednosti jednakoj nuli. To znači da je pozitivna amplituda signala jednaka negativnoj, te da je trajanje pozitivnog dijela signala jednako trajanju negativnog dijela signala. Ukoliko nam treba određeni istosmjerni nivo signala, onda isti dodajemo sa OFFSET (5). Treba voditi računa da ukupna amplituda ovako dobivenog signala ne može preći 12. Isto tako imamo mogućnost promjene odnosa pozitivnog i negativnog dijela signala.

Zadatak vježbe

• Odrediti period, frekvenciju, maksimalnu i efektivnu vrijednost 6 različitih signala iz generatora funkcija. Navodeći vrijednosti preklopke za naponsko područje VOLTS/DIV i preklopke vremenske baze TIME/DIV, nacrtati ono što se vidi na zaslonu osciloskopa.

Slika 1.40. Shema mjerenja sinusnog napona osciloskopom.

Tabela 1.2. Rezultati mjerenja sinusnog napona osciloskopom.

Redni broj mjerenja 1. 2. 3. 4. 5. 6.

s[2 ⁄ ] Položaj preklopke TIME/DIV

c[] Očitanje na zaslonu po x osi

5[2] Period signala

=[;<] Frekvencija signala

t[ ⁄ ] Položaj preklopke VOLTS/DIV

`[] Očitanja na zaslonu po y osi

8[] Napon od vrha do vrha

89[] Amplituda signala

8uv [] Napon izmjeren voltmetrom

8@ [] Efektivni napon


45 Generator funkcija

1. 2.

3. 4.

5. 6.


47 Naponsko djelilo

Naponsko djelilo

Neoptere ćeno naponsko djelilo

U mnogim praktičnim slučajevima potrebno je na trošilo dovesti samo određeni dio napona izvora električne energije. U tu se svrhu koriste naponska djelila. Uloga im je smanjivanje napona ako je raspoloživi napon izvora prevelik ili podjela napona na određene dijelove radi analize signala u nekom od slijedećih stupnjeva složenoga kruga.

Najjednostavnije dijelilo sastoji se od dva serijski spojena otpornika kao na slici 1.41.

Slika 1.41. Shema neopterećenog djelila napona.

Napon izvora se djelomično smanjuje na otporniku S> (8>), a na otporniku SH dobije se potrebni napon za napajanje trošila SK. Kada je djelilo neopterećeno (SK → ∞) kroz serijski spoj otpora teče ista struja, a napon izvora jednak je zbroju napona na otpornicima:

8> = : ∙ S> 8H = : ∙ SH

8 = 8> Z 8H = :YS> Z SH[ ⇒ : = _^xy^W

Uvrsti li se struja : u jednadžbe za 8> i 8H dobije se:

8> = 8 ^x^xy^W 8H = 8 ^W

^xy^W To su karakteristične relacije naponskog djelila, a potvrđuju ranije iznesenu tvrdnju o

proporcionalnom odnosu napona i odgovarajućih otpora.

Ako s krajeva otpornika SH uzimamo napon za trošilo izlazi da se na trošilo može dovesti bilo koji napon od 0 do napona izvora 8, ako pri tomu mijenjamo omjer otpora djelila. Primjerice za:

SH = 0 ⇒ 8H = 0;

S> = SH ⇒ 8H = >H8;

S> = 2SH ⇒ 8H = >%8;

S> = 0 ⇒ 8H = 8.

Složenija naponska djelila omogućuju dobivanje nekoliko vrijednosti napona iz jednog izvora. Koriste se primjerice u ADC sklopovima gdje se analogni signal preko višestrukoga djelila napona vodi na komparatore radi pretvorbe u digitalni oblik.

Ako želimo postići kontinuiranu promjenu napona na trošilu koristi se potenciometar. To je promjenljivi otpornik s tri kontakta (jedan je klizni kontakt), a priključuje se umjesto fiksnih otpornika S> i SH. Shema spajanja promjenjivog otpornika (potenciometra) prikazana je na slici 1.42.


www.etsbi.edu.ba

48

Slika 1.42. Promjenjivo neopterećeno naponsko djelilo (potenciometarski spoj).

Princip rada promjenjivog otpornika analogan je naponskom djelilu. Izlazni napon je:

8uv = 8 SpgShp Z Spg = 8SpgShg

Pomicanjem klizača promjenjivog otpornika omjer Spg Shg⁄ mijenja se od 0 (klizač u krajnjem donjem položaju) do napona izvora 8 (klizač u krajnjem gornjem položaju). Promjena napona trebala bi biti linearna. Mala odstupanja mogu se javiti na graničnim položajima promjenjivog otpornika, a posljedica su mehaničke izvedbe promjenjivog otpornika. Promjena položaja kliznog kontakta (točka B) ostvaruje se zakretanjem promjenjivog otpornika za kut 4 između graničnih položaja.

Opterećeno naponsko djelilo

Neopterećeno naponsko djelilo samo po sebi nije od neke praktične koristi, sve dok se s jednog od krajeva djelila ne uzima napon za trošilo. Uvjeti se tada bitno mijenjaju. Djelomični napon sa slike 1.41. vodi se na trošilo (otpornik S%) kao na slici 1.43.

Slika 1.43. Opterećeno naponsko djelilo.

Budući da sada struja teče i kroz S% mijenjaju se naponski odnosi. Napon 8% može se odrediti temeljem ranije postavljenih relacija, imajući u vidu da su otpori SH i S% paralelno spojeni:

8% = 8 SH%S> Z SH% = 8SH ∙ S%SH Z S%

S> Z SH ∙ S%SH Z S%= 8 SH ∙ S%S> ∙ SH Z S> ∙ S% Z SH ∙ S%

Ako se fiksni otpornici S> i SH zamijene promjenjivim otpornikom, napon 8% se može mijenjati od 0 do 89l ovisno o položaju klizača (kut zakreta promjenjivog otpornika).

Slika 1.44. Opterećeno naponsko djelilo u potenciometarskom spoju.


49 Naponsko djelilo

U spoju prema slici 1.44. ukupni otpor promjenjivog otpornika S klizačem je razdijeljen na otpor F i ostatak S − F. Napon s djelomičnog otpora F dolazi na trošilo otpora S%.

8% = 8F ∙ S%F Z S%

S − F Z F ∙ S%F Z S%= 8 F ∙ S%F ∙ S − FH Z S ∙ S%

Unutar graničnih položaja promjena napona 8% = =YF[ je nelinearna. Za gornji granični položaj dobije se:

F = S ⇒ 8% = 89l = 8.

A za krajnji donji položaj:

F = 0 ⇒ 8% = 0.

Promjena napona trošila normirana na maksimalni napon (8% 8⁄ ) u ovisnosti o omjeru F S⁄ prikazana je na slici 1.45. Različiti omjeri otpora promjenjivog otpornika i otpora trošila S S%⁄ uzeti su kao parametar.

Slika 1.45. Normirana naponska karakteristika promjenjivog otpornika za različita opterećenja.

Vidljivo je da ovisnost napona trošila biva sve linearnija kako omjer S S%⁄ pada. Za izbjegavanje nelinearnosti potrebno je odabrati S ≪ S%, jer se tada dobiju uvjeti prividnog praznog hoda (otvorenog kruga) i vrlo povoljno „linearno“ podešavanje struje. Naime za S% → ∞ funkcija 8% = =YF[ postaje čisto linearna što odgovara slučaju neopterećenoga naponskog djelila.

U praksi otpor promjenjivog otpornika S treba biti najmanje 5 puta veći od otpora trošila. Potenciometarski spoj omogućuje reguliranje napona u širokim granicama pri malim strujama. Međutim korisnost mu je loša i postaje to slabija što je ugađanje linearnije. Zbog toga se potenciometarski spoj koristi za ugađanje struja slabih tereta, gdje se ne postavlja pitanje potroška snage, kao u elektroničkim sklopovima i regulacijskoj tehnici gdje se radi sa signalima male snage. Primjerice potenciometarski spoj ima primjenu u krugovima za napajanje tranzistora, regulaciju jakosti zvuka, u analogno-digitalnoj konverziji, za mjerne svrhe u kompenzacijskim krugovima, itd. U visokonaponskoj tehnici upotrebljavaju se omsko, kapacitivno i kombinirano naponsko djelilo.


www.etsbi.edu.ba

50

Zadatak vježbe

• Spojite promjenljivo neopterećeno naponsko djelilo s promjenjivim otpornikom prema priloženoj shemi. Nacrtajte krivulju 8H = =Y4[ gdje je 4 kut zakreta promjenjivog otpornika.

Slika 1.46. Spoj za snimanje izlaznog napona na naponskom djelilu

sa promjenjivim otpornikom.

Tabela 1.3. Rezultati mjerenja naponskog djelila sa promjenjivim otpornikom.

Položaj klizača 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

8>[]

8H[]

8H 8>⁄

Odnos napona 8H 8>⁄ u zavisnosti od položaja klizača promjenjivog otpornika (α).


51 Naponsko djelilo

• Spojite promjenljivo naponsko djelilo s promjenjivim otpornikom i nacrtajte karakteristične krivulje 8% = =Y4[ gdje je 4 kut zakreta promjenjivog otpornika, za različite opteretne otpornike S%.

Slika 1.47. Shema mjerenja opterećenog naponskog djelila sa promjenjivim otpornikom.

Tabela 1.4. Rezultati mjerenja opterećenog naponskog djelila sa promjenjivim otpornikom.

Položaj klizača 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

8% za S% = 1|

8% za S% = 680|

8% za S% = 330|

Promjena izlaznog napona za različite položaje promjenjivog otpornika.


53 Zavojnica

Zavojnica (svitak)

Zavojnica je elektronički element koji se koriste u kolima izmjenične struje, izrađuje se od bakarne žice izolirane lakom, koja se namotava na izolaciono tijelo ili na feromagnetno jezgro uz prethodno izoliranje jezgre papirom. Zavojnica može biti izrađena sa zračnom jezgrom bez izolacionog tijela. Zavojnica električnu energiju pretvaraju u magnetnu za vrijeme izgradnje magnetnog polja, odnosno, magnetnu energiju pretvaraju u električnu za vrijeme razgradnje magnetnog polja. U stacionarnom stanju ona u kolima istosmjerne struje (ako je djelatni otpor veoma mali) predstavlja kratki spoj.

Slika 1.48. Primjer zavojnica male induktivnosti.

Zavojnice dijelimo prema vrsti jezgre na: zavojnice bez feromagnetne jezgre i zavojnice sa feromagnetnom jezgrom. Prema nazivnoj frekvenciji zavojnice dijelimo na: visokofrekventne (VF) i niskofrekventne (NF) zavojnice.

VF zavojnice su one koje se primjenjuju na frekvencijama reda ;< i ,;<, namotaji se izrađuju od jednožilne ili višežilne žice. Namotaji se obično motaju bifilarno kako bi se smanjili parazitni kapaciteti zavojnice. Jezgra se izrađuju kao feritna i karbonilna. Jezgra se izrađuje na taj način što se feromagnetni materijal pretvori u prah (samelje se), miješa sa izolacionim sredstvom, sabija u željeni oblik, suši i peče na temperaturi većoj od 2000 °C.

NF zavojnice su prigušnice i transformatori, primjenjuju se na frekvencijama ispod 10;<, a naročito u elektroenergetici, kao transformatori i prigušnice.

Parametri zavojnice su: induktivnost (), induktivni otpor (c~), faktor dobrote (P~), nazivni napon (8) i nazivna struja (:).

Induktivnost, je svojstvo zavojnice da se u njoj inducira elektromagnetna sila (napon), zbog promjenljivog magnetnog toka koji stvara promjenljiva struja. Induktivnost je geometrijska osobina zavojnice, jer zavisi od broja navoja (), presjeka jezgre (), dužine zavojnice () i vrste materijala od kojeg je izrađena jezgra (bR). Računamo je pomoću jednadžbe:

= b ∙ bR ∙ H ∙

b - magnetna propustljivost vakuuma, koja iznosi 4E ∙ 10( = 1,256 ∙ 10([; *⁄ ]; bR - relativna magnetna propustljivost materijala od kojeg je izrađena jezgra zavojnice

(iznosi od 1 za zrak do 25000 za specijalne dinamo limove sa velikim koercitivnim poljem), nema dimenzije, tj. to je neimenovan broj;

– broj navoja zavojnice (neimenovan broj);

– poprečni presjek jezgre (*H);

– dužina zavojnice (*).


www.etsbi.edu.ba

54

Faktor dobrote, definiramoparazitni kapacitet zavojnice -realna zavojnica ima djelatni otpor)

Nazivni napon, je najveća da trajno radi. Ako se nazivni napon prekoraizolacije među namotajima zavojnice ili njenog uništenja. Visinu napona, odnosno brojpo jednom voltu možemo izrač

– presjek željezne jezgre

Nazivna struja, je najveća efektivna vrijednost kroz zavojnicu, a da ne izazove pregrijavanje namotaja i jezgra zavojnice.

Jačinu struje možemo izračizrađen namotaj zavojnice i preporugranicama 3 ] 56+ **H⁄ 7, odnosno:

Zavojnica (svitak) u krugu

Zavojnica ima sposobnost da pri protjemagnetne energije u prostoru oko zavojnice i unutar zavojnice.djelatnog otpora, pruža izmjenič

Slika 1.49. Vani oblici struje i napona za

Ako kroz zavojnicu tečdobiva složenim matematičkim postupkom:

0~Vidimo da za maksimalne vrijednosti struje i napona vrijedi

Veličina L ima karakter otporjačine struje u njoj, pa se zbog toga naziva reaktivna induktivna otpreaktansa:


ramo kao odnos induktivnog otpora zavojnice c- , koji je veoma mali) i djelatnog otpora zavojnice otpor):

P~ c~S~ , je najveća efektivna vrijednost napona za koji je zavojnica konstrui

trajno radi. Ako se nazivni napon prekorači za duži vremenski period dolazi do probojau namotajima zavojnice ili njenog uništenja. Visinu napona, odnosno broj

možemo izračunati po empirijskoj (iskustvenoj) jednadžbi koja

3 45 ] 60 6F3. ⁄ 7 presjek željezne jezgre (d*H).

ća efektivna vrijednost izmjenične struje koja može trajno da tezavojnicu, a da ne izazove pregrijavanje namotaja i jezgra zavojnice.

inu struje možemo izračunati ako poznajemo poprečni presjek žice (en namotaj zavojnice i preporučljivu gustoću struje (), koja treba da se kre

, odnosno:

: h 6+7. krugu izmjeni čne struje

Zavojnica ima sposobnost da pri protjecanju izmjenične struje vrši koncentraciju magnetne energije u prostoru oko zavojnice i unutar zavojnice. Zbog toga zavojnic

zmjeničnoj struji dodatni otpor.

. Vani oblici struje i napona za krug sa zavojnicom.

teče sinusna struja - :9 ∙ 2-3LA, tada se napon na čkim postupkom:

∙ ∆-∆A L ∙ ∙ d2LA 89 ∙ d2LA Vidimo da za maksimalne vrijednosti struje i napona vrijedi Ohmov zakon, odnosno:

89 L ∙ ∙ :9 tj. :9 _V~

ima karakter otpornosti i izražava protivljenje (reakciju) zavojnice promjeni ine struje u njoj, pa se zbog toga naziva reaktivna induktivna otpornost ili induktivna

c~ L 2E=

c~ (kad zanemarimo zavojnice S~ (svaka

efektivna vrijednost napona za koji je zavojnica konstruirana i za duži vremenski period dolazi do proboja

u namotajima zavojnice ili njenog uništenja. Visinu napona, odnosno broj navoja jednadžbi koja glasi:

struje koja može trajno da teče

ni presjek žice (+) od koje je ), koja treba da se kreće u

struje vrši koncentraciju Zbog toga zavojnica, pored

sa zavojnicom.

tada se napon na zavojnici

zakon, odnosno:

) zavojnice promjeni ornost ili induktivna


55 Zavojnica

Dakle, za maksimalne i efektivne vrijednosti struje i napona vrijedi Ohmov zakon u obliku:

:9 = _Vs odnosno :@ = _

s

Sa slike 1.49. je vidljivo da u kolima izmjenične struje, sa čisto induktivnom otpornošću, napon na zavojnici fazno prednjači struji za 90°, odnosno, struja kroz zavojnicu faz no kasni za naponom za 90°.

Otpor idealne zavojnice u krugu istosmjerne struje je nula (= = 0⇒L = c~ = 0), pa se idealna zavojnica u krugu istosmjerne struje ponaša kao kratak spoj.

Mjerenje induktivnosti zavojnica U-I metodom

a) b)

Slika 1.50. Mjerenje induktivnosti zavojnice U-I metodom.

Mjerenjem istosmjernog napona 8 i struje : kroz zavojnicu možemo odrediti djelatni otpor realne zavojnice S~ (slika 1.50a).

S~ = 8:

Mjerenjem izmjeničnog efektivnog napona 8~ i struje :~ možemo odrediti impedanciju realne zavojnice (slika 1.50b).

= 8~:~

Pomoću S~ i možemo izračunati induktivni otpor zavojnice c~, induktivnost zavojnice i kosinus kuta faznog pomaka d2\.

c~ = H − S~H

c~ = L = 2E=⇒ = c~2E= = H − S~H2E=

d2\ = S~ ⇒\ = Fdd2 S~


www.etsbi.edu.ba

56

Zadatak vježbe

• Izmjeriti induktivnost zavojnica dostupnih na radnom mjestu pomoću U-I metode i LCR metra.

Tabela 1.5. Mjerenje djelatnog otpora zavojnice prema shemi na slici 1.50a.

Zavojnica S~[|] (ommetar)

8[] :[+] S~[|] (račun)

[%] (greška)

1.

2.

3.

[%] = S~YFč03[ − S~Y**AF[S~Y**AF[ ∙ 100

Tabela 1.6. Mjerenje induktivnosti zavojnice prema shemi na slici 1.50b.

Zavojnica =[;<] 8~ [] :~[*+] [|] c~ [|] [*;] (račun)

[*;] (LCR)

[%] (greška)

d2\ \[°]

1.

0,5

1

2

2.

0,5

1

2

3.

0,5

1

2

[%] = YFč03[ − YS[YS[ ∙ 100

• Nacrtati ovisnost c~ i o frekvenciji na osnovu podataka iz tabele 1.6.


57 Kondenzator

Kondenzator

Kondenzator je spremnik statičkog elektriciteta i energije električnog polja koje nastaje u prostoru između dva električki vodljiva tijela zbog razdvajanja električnog naboja.

Slika 1.51. Primjer različitih vrsta kondenzatora.

Osnovna veličina kondenzatora je njegov električni kapacitet , koji je određen odnosom količine elektriciteta P i napona 8 na oblogama kondenzatora:

= P8

Nazivni kapacitet jeste kapacitet pri normalnim radnim uvjetima i označen je na samom kondenzatoru. Kapacitet se izražava u faradima (q). Međutim, s obzirom da je farad vrlo velika jedinica, kapacitet se obično izražava u mikrofaradima (bq), nanofaradima (3q) i pikofaradima (q).

Kapacitet kondenzatora zavisi od vrste dielektrika, geometrijskog oblika, dimenzija, itd. Utjecaj dielektrika na kapacitet je uvjetovan intenzitetom polarizacije samog dielektrika. Sposobnost dielektrika da se polarizira u električnom polju karakterizira se dielektričnom propustljivošću, koja se još zove i dielektrična konstanta:

= R ∙

gdje je R − relativna dielektrična konstanta dielektrika, a − dielektrična konstanta vakuuma i ona iznosi 8,85 ∙ 10(>H[q *⁄ ].

Vrijednosti kapaciteta kondenzatora (ako nije posebno naglašeno, u q), kao i dozvoljena odstupanja kapaciteta od nazivne vrijednosti, nazivni napon i drugi parametri ispisuju se na samom tijelu kondenzatora. Dozvoljena odstupanja kapaciteta od nazivne vrijednosti, koja se izražavaju u procentima, definirana su klasama točnosti. Ta odstupanja mogu biti simetrična (±10%, ±20%) i nesimetrična (−10%, +30%). S obzirom da veoma često, zbog malih dimenzija kondenzatora, na njima nema mjesta za ispisivanje tolerancije kapaciteta, uveden je sistem slovnog označavanja (isti standard važi i za označavanje tolerancije otpornosti otpornika).


www.etsbi.edu.ba

58

Kondenzator u krugu izmjeni

Ako na kondenzator priključstalno mijenja po zakonu sinusa, možemo zakljukondenzatorom vršiti trajan proces periodikrugu sa kondenzatorom tečdielektrik kondenzatora već da je ona posljedica trajne periodielektriciteta između izvora elektrikondenzatora mijenja proporcionalno frekvenciji, to se i smjer elektritoliko puta, pa nastaje oscilatorno pomtzv. struju dielektričnog pomicanja

Dakle, u krugu izmjeničnekruga, postoji i struja dielektrič

Slika 1.52. Vremenski oblicu struje i napona za

Ako se na kapacitet kapacitet dobija složenim matemati

-g = ∆∆AVidimo da za maksimalne vrijednosti

Veličina 1 L⁄ ima karakter otpornosti i naziva se reaktivna kapacitivna otpornost ilikapacitivna reaktansa:

Dakle, za maksimalne i efektivne vrijednosti struje i napona vrijedi obliku:

Sa slike 1.52. je vidljivo da u kolima struja na kondenzatoru fazno prednjafazno kasni za strujom za 90°.

Otpor idealnog kondenzator∞) pa se idealni kondenzator u


izmjeni čne struje

ko na kondenzator priključimo izmjenični napon, s obzirom da se vrijednost tog napona stalno mijenja po zakonu sinusa, možemo zaključiti da će se u krugu izmjeni

iti trajan proces periodičnog „punjenja“ i „pražnjenja“sa kondenzatorom teče izmjenična struja, ali to ne znači da struja prolazi kroz

ć da je ona posljedica trajne periodične izmjene odreektrične struje i kondenzatora. S obzirom da se polaritet plo

kondenzatora mijenja proporcionalno frekvenciji, to se i smjer električnog polja mijenja isto toliko puta, pa nastaje oscilatorno pomicanje naelektriziranih čestica koje na taj na

pomicanja.

čne struje sa kondenzatorom, pored provodne struje u , postoji i struja dielektričnog pomicanja u dielektriku kondenzatora.

. Vremenski oblicu struje i napona za krug sa kondenzatorom.

priključi sinusni napon 0g 89 ∙ 2-3LA, tada se struja kroz kapacitet dobija složenim matematičkim postupkom:

∙ ∆0g∆A L ∙ ∙ 89 ∙ d2LA :9 ∙ d2LA Vidimo da za maksimalne vrijednosti struje i napona vrijedi Ohmov zakon, odnosno:

:9 L ∙ ∙ 89 tj. 89 UVg

ima karakter otpornosti i naziva se reaktivna kapacitivna otpornost ili

cg 1L 12E=

Dakle, za maksimalne i efektivne vrijednosti struje i napona vrijedi

:9 _Vs odnosno :@ _s

. je vidljivo da u kolima izmjenične struje, sa čisto kapacitivnom otpornošo prednjači naponu za 90°, odnosno, napon na k.

Otpor idealnog kondenzatora u krugu istosmjerne struje je ∞ (= pa se idealni kondenzator u krugu istosmjerne struje ponaša kao prekid

ni napon, s obzirom da se vrijednost tog napona izmjenične struje sa

nog „punjenja“ i „pražnjenja“ kondenzatora. U či da struja prolazi kroz

ne izmjene određene količine S obzirom da se polaritet ploča

čnog polja mijenja isto estica koje na taj način čine

struje sa kondenzatorom, pored provodne struje u vodičima

sa kondenzatorom.

, tada se struja kroz

zakon, odnosno:

ima karakter otpornosti i naziva se reaktivna kapacitivna otpornost ili

Dakle, za maksimalne i efektivne vrijednosti struje i napona vrijedi Ohmov zakon u

isto kapacitivnom otpornošću, i naponu za 90°, odnosno, napon na k ondenzatoru

0⇒ 1 L⁄ cg kao prekid kruga.


59 Kondenzator

Mjerenje kapaciteta kondenzatora U-I metodom

Slika 1.53. Shema za mjerenje kapaciteta kondenzatora U-I metodom.

Mjerenjem izmjeničnog efektivnog napona na kondenzatori 8g i struje kroz kondenzator :g možemo odrediti kapacitet kondenzatora .

Djelatni ili omski otpor kondenzatora Sg možemo zanemariti pa je kapacitivni otpor cg jednak prividnom otporu g.

g = cg = 8g:g

Budući da kapacitivni otpor ovisi o kapacitetu kondenzatora i o kružnoj frekvenciji L, možemo ga izračunati i pomoću tih elemenata:

cg = 1L = 1

2E=

8g:g = 1L ⇒ = :gL ∙ 8g = :g2E=8g


www.etsbi.edu.ba

60

Zadatak vježbe

• Izmjeriti kapacitet kondenzatora dostupnih na radnom mjestu pomoću U-I metode i LCR metra.

Tabela 1.7. Mjerenje kapaciteta kondenzatora prema shemi na slici 1.53.

Kondenzator =[;<] 8g [] :g [*+] cg [|] [bq] (račun)

[bq] (LCR)

[%] (greška)

1.

0,5

1

2

2.

0,5

1

2

3.

0,5

1

2

[%] = YFč03[ − YS[YS[ ∙ 100

• Nacrtati ovisnost cg i o frekvenciji na osnovu podataka iz tabele 1.7.


61 RLC spojevi

Serijski spoj otpornika, zavojnice i kondenzatora

Za serijski RLC spoj, je karakteristično da se priključeni napon raspodjeljuje na pad napona na aktivnom otporu 8^, pad napona na zavojnici 8~ i pad napona na kondenzatoru 8g.

Slika 1.54. Shema serijskog RLC kruga.

Pad napona 8^ je u fazi sa strujom koja protječe kroz krug, pad napona 8~ fazno prednjači struji kroz krug za 90°, dok pad napona 8g fazno kasni za strujom kroz krug za 90°. Znajući takve naponske odnose možemo nacrtati međusobne ovisnosti napona i otpornosti (trokuti napona i otpornosti).

a) b) c)

Slika 1.55. Trokuti napona i otpornosti: a) c~ > cg; b) c~ < cg; c) c~ = cg.

U zavisnosti od odnosa reaktivnih otpora c~ i cg postoje tri karakteristična slučaja:

1. Ako je c~ > cg, tada je 8~ > 8g pa kažemo da je spoj induktivnog karaktera, a napon 8 prednjači struji za ugao \ > 0.

2. Ako je c~ < cg, tada je 8~ > 8g pa kažemo da je spoj kapacitivnog karaktera, a napon 8 kasni iza struje za ugao \ < 0.

3. Ako je c~ = cg, tada je 8~ = 8g pa kažemo da je spoj u naponskoj rezonanci, jer su napon 8 i struja : u fazi (\ = 0).

Pretpostavimo da je induktivna otpornost veća od kapacitivne. Napon 8 se određuje primjenom Pitagorine teoreme za trokut kao:

8H = 8H Z Y8~ −8g[H odnosno 8 = 8H Z Y8~ −8g[H

Na temelju Ohmovog zakona možemo pisati:

8^ = : ∙ S; 8~ = : ∙ c~; 8g = : ∙ cg

Uvrštavanjem ovih vrijednosti u jednadžbu za napone dobivamo:

8 = Y: ∙ S[H Z Y: ∙ c~ − : ∙ cg[H = :H ∙ [SH Z Yc~ − cg[H] = : ∙ SH Z Yc~ − cg[H

Iz ove jednadžbe dobivamo izraz za efektivnu vrijednost struje u krugu:

: = _^WyYs(s[W tj. : =

_

Izraz u nazivniku predstavlja ukupni otpor ili impedanciju kruga:

= SH Z Yc~ − cg[H


www.etsbi.edu.ba

62

Pri poznatim vrijednostima , S, c~ i cg primjenom trigonometrijskih funkcija za trokut dobivamo:

\ = Fdd2 ^; \ = Fd2-3 s(s ; \ = FdA s(s

^ .

Kod serijskog RLC kruga pri c~ = cg u krugu nastupa serijska ili naponska rezonancija. Fizikalna suština naponske rezonancije je potpuna razmjena reaktivne energije između magnetnog polja namotaja zavojnice i električnog polja dielektrika kondenzatora, pri čemu nastaje osciliranje energije koje podržava izvor. Prema tome, kada bi djelatni otpor kruga bio jednak nuli (S = 0), dovoljno bi bilo pobuditi LC krug i u njemu bi primljena energija trajno oscilirala vlastitom frekvencijom (LQ) bez prisutnosti izvora.

Vlastitu frekvenciju oscilatornog kruga pri režimu naponske rezonance određujemo kao:

c~ = cg⇒L = 1L ⇒LQ = 1

√

Frekvencija izvora pri kojoj nastupa naponska rezonanca naziva se rezonantna frekvencija:

LRv = >√~g; =Rv = >

HI√~g; 5 = 2E√.

Dakle, rezonantna frekvencija izvora jednaka je frekvenciji slobodnih oscilacija oscilatornog kruga. Impedancija serijskog oscilatornog kruga pri rezonanci je minimalna i jednaka je aktivnoj otpornosti, a amplituda električnih oscilacija pri rezonanci dostiže maksimum.

Zadatak vježbe

• Spojiti elemente prema shemi. Izmjeriti struju kroz serijski RLC krug, izmjeriti napone na otporniku S, zavojnici , kondenzatoru i na rednoj vezi RLC. Na osnovu izmjerenih vrijednosti odrediti impedanciju cijelog kruga. Odrediti induktivni otpor zavojnice i kapacitivni otpor kondenzatora.

Slika 1.56. Shema serijskog RLC kruga.

Tabela 1.8. Mjerenje parametara serijskog RLC kruga.

=[;<] :[*+] 8[] 8^ [] 8~[] 8g [] [|] S[|] c~[|] [*;] cg [|] [bq] 0,5

1

5

10


63 RLC spojevi

• Snimiti zavisnost napona 8^, 8~ i 8g u funkciji od frekvencije, mijenjajući frekvenciju od 10;< do 100;<.

Tabela 1.9. Frekvencijska ovisnost napona na elementima serijskog RLC kruga.

Napon 10;< 50;< 100;< 500;< 1;< 5;< 10;< 50;< 100;<

8^[]

8~ []

8g []

Paralelni spoj otpornika, zavojnice i kondenzatora

Za paralelni RLC spoj, je karakKirhofovom zakonu, na struje

Slika 1.57

Struja :^ je u fazi sa naponom :g fazno prednjači naponu međusobne ovisnosti struja i provodnosti (trokute struja i provodnosti)

a)

Slika 1.58. Trokuti

U zavisnosti od odnosa reaktivnih provodnosti

1. Ako je 1~ > 1g, tada je napon 8 prednjači struji za ugao

2. Ako je 1~ < 1g, tada je napon 8 kasni iza struje za ugao

3. Ako je 1~ = 1g, tada je napon 8 i struja :

Pretpostavimo da je induktivna provodnost veprimjenom Pitagorine teoreme za tro

:H = :HNa temelju Ohmovog zakona možemo pisati:

Uvrštavanjem ovih vrijedn

: = 8Izraz u nazivniku predstavlja ukupnu provodnost ili admitansu

Pri poznatim vrijednostima dobivamo:

\ = Fdd2

aralelni spoj otpornika, zavojnice i kondenzatora

, je karakteristično da se ukupna struja : dijeli, prema pKirhofovom zakonu, na struje :^, :~ i :g.

Slika 1.57. Sema paralelnog RLC kruga.

je u fazi sa naponom 8, struja :~ fazno kasni za naponom 8i naponu 8 za 90°. Znaju ći takve strujne odnose možemo nacrtati

usobne ovisnosti struja i provodnosti (trokute struja i provodnosti).

b) c)

kuti struja i provodnosti: a) 1~ > 1g; b) 1~ < 1g ; c) 1~odnosa reaktivnih provodnosti 1~ i 1g postoje tri karakteristi

, tada je :~ > :g pa kažemo da je spoj induktivnog karakteraprednjači struji za ugao \ > 0.

, tada je :~ :g pa kažemo da je spoj kapacitivnog karakterakasni iza struje za ugao \ 0.

, tada je :~ :g pa kažemo da je spoj u strujnoj rezonanciji u fazi (\ 0).

Pretpostavimo da je induktivna provodnost veća od kapacitivne. Struja primjenom Pitagorine teoreme za trokut kao:

H Z Y:~ ] :g[H odnosno : :H ] Y:~ ] :g[og zakona možemo pisati:

:^ C ∙ 8; :~ 1~ ∙ 8; :g 1g ∙ 8

Uvrštavanjem ovih vrijednosti u jednadžbu za struje dobivamo:

8 ∙ CH Z Y1~ ] 1g[H tj. 8 UWyYp(p[W Izraz u nazivniku predstavlja ukupnu provodnost ili admitansu kruga:

` CH Z Y1~ ] 1g[H Pri poznatim vrijednostima `, C, 1~ i 1g primjenom trigonometrijskih funkcija za tro

Fdd2 t; \ Fd2-3 p(pt ; \ FdA p(p


65 RLC spojevi

dijeli, prema prvom

8 za 90°, dok struja strujne odnose možemo nacrtati

~ 1g .

postoje tri karakteristična slučaja:

induktivnog karaktera, a

kapacitivnog karaktera, a

strujnoj rezonanciji, jer su

Struja : se određuje

[H

[

primjenom trigonometrijskih funkcija za trokut

.


www.etsbi.edu.ba

66

Kod paralelnog RLC kruga pri 1~ = 1g u krugu nastupa paralelna ili strujna rezonancija. Fizikalna suština strujne rezonancije je potpuna razmjena reaktivne energije između magnetnog polja namotaja zavojnice i električnog polja dielektrika kondenzatora, pri čemu se energija izvora troši samo na pokrivanje djelatnih gubitaka.

Vlastitu frekvenciju oscilatornog kruga pri režimu strujne rezonance određujemo kao:

1~ = 1g⇒ 1L = L⇒LQ = 1√

Frekvencija izvora pri kojoj nastupa strujna rezonancija naziva se rezonantna frekvencija:

LRv = >√~g; =Rv = >

HI√~g; 5 = 2E√.

Dakle, rezonantna frekvencija izvora jednaka je frekvenciji slobodnih oscilacija oscilatornog kruga. Provodnost paralelnog oscilatornog kruga pri rezonanci je minimalna i jednaka je djelatnoj provodnosti, a reaktivne struje grana su jednake i fazno pomjerene za 180°.

Zadatak vježbe

• Spojiti elemente prema shemi. Izmjeriti ukupnu struju kroz paralelni RLC krug, izmjeriti struje kroz otpornik S, zavojnicu , kondenzator . Izmjeriti pad napona na paralelnom RLC krugu. Na osnovu izmjerenih vrijednosti odrediti impedanciju cijelog kruga. Odrediti induktivni otpor zavojnice i kapacitivni otpor kondenzatora.

Slika 1.59. Shema paralelnog RLC kruga.

Tabela 1.10. Mjerenje parametara paralelnog RLC kruga.

=[;<] 8[] :[*+] : [*+] :~ [*+] :g [*+] [|] S[|] c~[|] [*;] cg [|] [bq] 0,5

1

5

10


67 RLC spojevi

• Snimiti zavisnost struja :^, :~ i :g u funkciji od frekvencije, mijenjajući frekvenciju od 10;< do 100;<.

Tabela 1.11. Frekvencijska ovisnost struja kroz elemente paralelnog RLC kruga.

Napon 10;< 50;< 100;< 500;< 1;< 5;< 10;< 50;< 100;<

:^[]

:~ []

:g []


69 Transformator

Transformator

Transformator je statički elektromagnetski stroj koji pretvara izmjenični napon i struju jedne vrijednosti u izmjenični napon i struju druge vrijednosti uz istu frekvenciju. Sastoji se od dva svitka koji nisu povezani galvanskom vezom. Veza se ostvaruje isključivo preko magnetskog polja uz direktnu primjenu principa međuindukcije. Transformator je na primarnoj strani priključen na izmjenični izvor, a na sekundarnoj opterećen trošilom.

Slika 1.60. Princip rada transformatora.

Transformatori se primjenjuju za vjerno prenošenje oblika strujnih i naponskih impulsa male snage, prilagođavanje struje i napona i njihovu transformaciju, promjenu impedancije, kao i za izolaciju električnih krugova (galvansku izolaciju).

Idealni transformator (bez gubitaka) prenosi snagu jednaku dovedenoj. U praktičnim izvedbama transformatora gubici se stvaraju u zavojima i jezgri transformatora, tako da se samo dio dovedene snage prenosi na trošilo. Gubici stvoreni na djelatnom otporu zavoja svitka nazivaju se gubicima u bakru ge, a gubici u jezgri nastali zbog vrtložnih struja i histereze feromagnetskog materijala su gubici u željezu . Dodatni gubici mogu nastati u zračnom rasporu na poprečnom presjeku jezgre, koji se postavlja radi poboljšanja svojstava transformatora.

Transformatori mogu biti realizirani sa i bez feromagnetske jezgre, što bitno određuje njihova svojstva. Naime, induktivnost svitka bez jezgre ne ovisi o struji koja teče kroz svitak. Induktivnost je konstantna i određena je geometrijskim karakteristikama svitka. Krug s takvim svitkom je linearan. Međutim, za svitak s feromagnetskom jezgrom ne vrijedi linearna ovisnost između struje i magnetskog toka, pa ni induktivnost takvih svitaka nije konstantna, već zavisi od veličine struje. Električni krugovi koji sadržavaju svitke s feromagnetskom jezgrom nelinearni su, što znači da izobličuju strujni signal.

Transformatori se od bakarne žice izolirane lakom. Željezna jezgra je sastavljena od međusobno izoliranih limova, na taj način postiže se veliki električni otpor vrtložnim strujama u jezgru. Željezni limovi su „U“, „E“ i „I“ profila. Na stupove transformatora se stavljaju već formirani namotaji i jezgro se zatvara paketom limova „I“ profila. Kod „U” profila namotaji su na zasebnom, a kod jezgra „E” profila na istom stubu. Namotaji mogu imati i više izvoda.


www.etsbi.edu.ba

70

Odnos broja namotaja sekundara i primara naziva se koeficijent transformacije ili prijenosni omjer:

3 = .

Ako se zanemare gubici snaga u transformatoru, tada je snaga sekundara približno jednaka snazi primara.

= O⇒8 ∙ : = 8O ∙ :O UU = _

_ =

Opterećenje kojim transformator opterećuje izvor na koji se priključuje je:

S = 8: = 8O O:O O

= SO ∙ OH = SO3H

gdje je SO = _U opterećenje sekundara, a S reducirani otpor sekundara u primarni krug.

Zadatak vježbe

• Spojiti elemente prema shemi. Za navedene položaje preklopke izmjeriti napone na primaru i sekundaru transformatora. Izmjerene vrijednosti unijeti u tabelu i na osnovu njih odrediti prijenosni omjer transformatora.

Slika 1.61. Shema za određivanje prijenosnog omjera transformatora sa dva primara.

Tabela 1.12. Rezultati mjerenja prijenosnog omjera transformatora.

Položaj preklopke

Frekvencija napona [;<]

Napon primara 8[]

Napon sekundara 8O[]

Omjer transformacije

3

1 100

2 100

1 1k

2 1k


71 Električna snaga

Elektri čna snaga

U svakom se naponskom izvoru pretvara neka energija (mehanička, kemijska, sunčeva) u električnu energiju. Tako dobivena energija može obavljati rad. Ovisno o vrsti trošila rad koji izvrši struja prolaskom kroz trošilo ima za posljedicu pretvorbe u druge oblike energije:

- toplinsku (termički uređaji); - mehaničku (elektromotori); - kemijsku (elektroliza i punjenje akumulatora ili baterija); - svjetlosnu (žarulje sa žarnom niti).

Poznato je iz fizike da je energija sposobnost tijela da vrši rad. Proizvedena energija predstavlja pokazatelj rada što ga izvrši električna struja, pa se energija i rad brojčano izražavaju istim jedinicama. Jedinica za rad, odnosno energiju, u SI sustavu je 1[] (Joule), pri čemu je:

1[] = 1[*] = 1[+2] = 1[r2] = 1 ∙ *H2H

Džul ili vatsekunda je rad koji se izvrši u dijelu kruga pri naponu od 1 za vrijeme od 12. Budući da je u elektrotehnici vatsekunda vrlo mala jedinica, radije se primjenjuju veće jedinice. To su:

Vatsat: 1[rℎ] = 3600[]; Kilovatsat: 1[rℎ] = 1000[rℎ] = 3600000[] = 3,6[,]; Megavatsat: 1[,rℎ] = 10[rℎ]. Jedan te isti rad može se obaviti u više ili manje vremena, ovisno o upotrijebljenoj snazi.

Za električnu snagu vrijede isti odnosi kao i za mehaničku snagu, tj. snaga je rad izvršen u jedinici vremena. Jedinica električne snage je 1r = 1+.

U krugu istosmjerne struje snaga je definirana proizvodom struje kroz trošilo i napona na krajevima trošila, to jest:

= 8 ∙ : Za mjerenje snage se koriste mjerni instrumenti namijenjeni isključivo za mjerenje snage

koji se zovu vatmetri, ili kombinacija dva mjerna instrumenta (voltmetar i ampermetar) kojim se snaga mjeri na indirektan način, mjerenjem napona i struje. Električna snaga se tada računa na osnovu prethodne jednadžbe.

Kada je u krugu istosmjerne struje trošilo koji ima karakter otpornosti čija je vrijednost poznata onda se snaga može odrediti mjerenjem samo jedne fizikalne veličine (napona ili struje) na osnovu sljedećih jednadžbi:

= _W^ ili = :H ∙ S

U kolima izmjenične struje aktivna snaga je definirana kao:

= 8 ∙ : ∙ d2\[r] U području niskih frekvencija do reda 400;< mjerenje snage provodi se pomoću

vatmetara kao u kolima istosmjerne struje.

Mjerenje snage može se izvršiti i na indirektan način mjerenjem napona i struje, odnosno otpornosti. Treba naglasiti da se na osnovu očitanja ampermetra i voltmetra može odrediti samo prividna snaga kao:

= 8 ∙ :[+]


www.etsbi.edu.ba

72

Razlika između prividne snage P, koja se može odrediti iz jednadžbe:

Slika 1.62. Mjerenje snage trošila izmjeni

Elektrodinami čki vatmetar

Elektrodinamički vatmetar je mjerni instrument koji služi za izravno ili neposredno mjerenje snage u strujnom krugu. Vatmetar ima dva svitka. Strujni je nepomipomičan. Počeci i krajevi obaju svitaka izvedeni su na prikljupriključnice za početak strujnog svitka je vrijednost strujnog mjernog opsea oznaka priključnice za kraj naponskog svitka odremjernog opsega. Promjenom redoslijeda prikljubilo u naponskom svitku, mijenja se smjer struje,

Slika 1.63. Elektrodinami

Elektrodinamičkim vatmetrom možemo mjeriti istosmjernu i izmjeniKod mjerenja u izmjeničnom strujnom krugu, djelatna snaga jednaka je prividnoj, odnosno umnošku efektivnih vrijednosti struje i napona na trošilu samo kod opterećenja. Kod jalovog opterećfaznog pomaka između struje i napona, pa je djelatna snaga manja od umnoška struje i napona.


u prividne snage i aktivne snage predstavlja jalovu (reaktivnu) snagu , koja se može odrediti iz jednadžbe:

P = 8 ∙ : ∙ 2-3\ H ] H6+F7 \ Fdd2

Slika 1.62. Mjerenje snage trošila izmjenične struje.

ki vatmetar

ki vatmetar je mjerni instrument koji služi za izravno ili neposredno mjerenje snage u strujnom krugu. Vatmetar ima dva svitka. Strujni je nepomi

eci i krajevi obaju svitaka izvedeni su na priključnice vatmetra. Oznaka etak strujnog svitka je I*, a oznaka priključnice za kraj strujnog svitka je

rijednost strujnog mjernog opsega. Oznaka priključnice za početak naponskog svitkanice za kraj naponskog svitka određena je položajem preklopke naponskog Promjenom redoslijeda priključnih stezaljki (početak - kraj) bilo u strujnom,

bilo u naponskom svitku, mijenja se smjer struje, a time i smjer otklona kazaljke.

Slika 1.63. Elektrodinamički vatmetar.

kim vatmetrom možemo mjeriti istosmjernu i izmjeničnu djelatnu snagu. čnom strujnom krugu, djelatna snaga jednaka je prividnoj, odnosno

umnošku efektivnih vrijednosti struje i napona na trošilu samo kod čenja. Kod jalovog opterećenja izazvanog induktivnim i kapacitivnim trošilima dola

đu struje i napona, pa je djelatna snaga manja od umnoška struje i

predstavlja jalovu (reaktivnu) snagu

ki vatmetar je mjerni instrument koji služi za izravno ili neposredno mjerenje snage u strujnom krugu. Vatmetar ima dva svitka. Strujni je nepomičan, a naponski

čnice vatmetra. Oznaka nice za kraj strujnog svitka je

naponskog svitka je U*, ena je položajem preklopke naponskog

kraj) bilo u strujnom, a time i smjer otklona kazaljke.

kim vatmetrom možemo mjeriti istosmjernu i izmjeničnu djelatnu snagu. nom strujnom krugu, djelatna snaga jednaka je prividnoj, odnosno

umnošku efektivnih vrijednosti struje i napona na trošilu samo kod čistog djelatnog enja izazvanog induktivnim i kapacitivnim trošilima dolazi do

u struje i napona, pa je djelatna snaga manja od umnoška struje i


73 Električna snaga

Vatmetrom se ne može izravno na ljestvici očitati vrijednost mjerene snage, već samo otklon kazaljke na ljestvici, odnosno kut 4. Da bismo mogli odrediti snagu koju nam pokazuje instrument, moramo uzeti u obzir mjerne opsege strujnog i naponskog svitka, te ukupan broj podjeljaka na ljestvici vatmetra. Pomoću strujnog mjernog opsega :¢£ i naponskog mjernog opsega 8¢£, te ukupnog broja podjeljaka ljestvice ∑4 odredi se konstanta vatmetra ¥, odnosno omjer vata (r) po jednom podjeljku ljestvice, (r ⁄ ):

¥ = :¢£ ∙ 8¢£∑4

Mjerenu snagu dobijemo tako da konstantu vatmetra pomnožimo s otklonom kazaljke na ljestvici, prema izrazu:

= ¥ ∙ 4

Izravni spoj vatmetra upotrebljava se kod mjerenja malih snaga, odnosno tamo gdje nam vrijednosti mjernih opsega strujnog i naponskog svitka dozvoljavaju. Kod mjerenja vatmetrom, ampermetrom je potrebno mjeriti struju koja teče strujnim svitkom da ne dođe do preopterećenja, a time i do uništenja instrumenta. Napon nam je uvijek donekle poznat i njegove male promjene nisu opasne po oštećenje instrumenta.

Zadatak vježbe:

• U krugu izmjenične struje izmjeriti aktivnu snagu trošila pomoću vatmetra i odrediti prividnu snagu na osnovu izmjerenih vrijednosti napona i struje. Na osnovu izmjerenih vrijednosti odrediti faktor snage d2\ i reaktivnu snagu P trošila.

Slika 1.64. Shema za mjerenje snage.

Tabela 1.13. Rezultati mjerenja snage.

Trošilo 1. 2. 3. 4. 5.

S[|]

[*;]

[bq]

8[]

:[+]

[+]

¥[r ⁄ ]

4¥[]

[r]

P[+F]

d2\


75 Označavanje poluvodičkih elemenata

Označavanje poluvodi čkih elemenata

Iako poluvodičke strukture imaju dosta standardiziran način označavanja, tako da je iz oznake jasno o kojoj komponenti se radi, s obzirom na veliki broj komponenti najbolji način da odgonetnemo o kojoj komponenti se radi i sa kojim karakteristikama, je korištenje kataloških podataka.

Postoji veliki broj sistema označavanja poluvodičkih elemenata, a najčešće se koriste Europski, Američki i Japanski označavanja poluvodiča.

Europski sistem (Pro-elektron)

Format: dva slova, (opcija treće slovo), serijski broj (sufiks)

Primjer: BC107, BZX12, AC109, BC547B.

Prvo slovo označava materijal od kojeg je poluvodič izrađen. Značenje je sljedeće:

A – germanij, B – silicij, C – galij-arsenid, D – indij-antimonid, R - poluvodiči bez ispravljačkog djelovanja (foto elementi).

Drugo slovo označava primarnu upotrebu elemenata. Značenje je sljedeće:

A – detektorske, ispravljačke i diode za miješanje; B – diode sa promjenjivim kapacitetom (varikap diode); C – NF tranzistori; D – NF tranzistori snage; E – tunel dioda; F – VF tranzistor; G – kombinirani elementi; H – elementi osjetljivi na magnetska polja; K – Hall modulatori i umnožitelji; L – VF tranzistori snage; N – Optokapler; P – elementi osjetljivi na radijacije, svjetlosni detektor; Q – elementi koji emitiraju radijacije, svjetlosno emitiranje; R – elementi za električnu kontrolu i okidanje, tiristor, dijak, UJT tranzistor; S – tranzistori male snage za prekidačke namjene; T – snažni prekidači i kontrolni elementi, tiristor, trijak; U – tranzistori za prekidačko napajanje X – diode za umnožavanje, varikap dioda; Y – ispravljačke diode i regulatori; Z – naponski stabilizatori i regulatori, zener dioda;

Opcionalno treće slovo označava da je komponenta namijenjena za industrijsku ili profesionalnu uporabu. Obično su to slova W, X, Y i Z.

Broj kao treći element oznake, označava registarski broj proizvoda i on može biti dvocifreni ili trocifreni. Često se iza broja nalazi i još jedno slovo, npr A, koje označava da se radi o jednoj od varijanti osnovnog tipa, koji se razlikuje po nekom parametru.

Diode za stabilizaciju, ispravljačke diode i tiristori mogu imati dodatna slova i brojeve. Za zener diode često se iza oznake nalazi slovo koje označava toleranciju:

A - 1%, B - 2%, C - 5%, D - 10% i E - 15%.


www.etsbi.edu.ba

76

Iza ove oznake slijedi broj koji označava nazivni radni napon. Decimalni zarez u ovoj oznaci je označen sa slovom V.

Npr. BZY 93-C7V5 je oznaka diode za stabilizaciju, koja ima toleranciju 5% i predviđena je za radni napon 7,5V.

Kod ispravljačkih dioda iza standardne oznake može se nalaziti jedan broj koji označava maksimalni reverzni napon npr. BYX34-500 je ispravljačka dioda sa reverznim naponom od 500V.

Kod oznake za tiristore dodatni broj označava maksimalni reverzni napon.

Ameri čki sistem (JEDEC - Join Electron Device Engineering Council) Format: broj, slovo, serijski broj, (sufiks).

Primjer: 2N2222A, 2N904, 1N4148.

Američki proizvođači označavaju poluvodiče sa tri elementa. Prvi element je broj koji pokazuje broj PN spojeva. Broj 1 označava jedan PN spoj, odnosno to je oznaka za diode. Broj 2 označava dva PN spoja, odnosno tranzistore. Broj 3 označava tri PN spoja, odnosno tiristore.

Drugi element je slovo N.

Treći element je broj koji označava pod kojim je element registriran.

Često se iza broja nalaze i slova A, B, C, koja označavaju da se radi o varijanti osnovnog tipa tranzistora, koji se razlikuje po nekom parametru:

A – malo pojačanje; B – srednje pojačanje; C – veliko pojačanje.

Japanski sistem (JEITA - JIS C7012)

Format: broj, dva slova, serijski broj, (sufiks).

Primjer: 2SC65, 2SC1213AC.

Prvi element je broj koji pokazuje broj PN spojeva (1) ili tranzistor (2).

Drugi element se sastoji od dva slova. Prvo slovo je S, koje označava da je to poluvodič. Drugo slovo ima sljedeće značenje:

A – PNP VF tranzistor; B – PNP NF tranzistor; C – NPN VF tranzistor; D – NPN NF tranzistor; F – element od silicija; H – tiristor; J – P kanalni unipolarni tranzistor; K – N kanalni unipolarni tranzistor.

Treći element je broj pod kojim je registriran proizvod.

Opcionalno se dodaje sufiks koji označava reviziju osnovnog modela elementa.

Npr. 2SC65 je VF tranzistor NPN tipa, registarski broj 65.

Kao što se vidi iako je oznaobzirom na veliki broj tih komponenti najbolji navježbe dati su kataloški podaci za neke komponente koje komponentu koja se prvi puta koristi potrebno je pronainternetu te ih priložiti kao dodatak vježbi.

Kućišta poluvodi čkih elemenata

Velika većina komponentiprvenstveno, neophodna da bi se sama komponenta, odnosno njen funkcionalni dio zaštitio od vanjskih utjecaja (vlage, temperature, mehanisu tako izvedena da se preko njih komponenta vezuje (lemDrugim riječima, kućišta omoguostvaruje električna veza sa drugim komponentama.

Slika 2.1. Razli

Često se prema vanjskom izgledu kukomponente, to se posebno može rekomponenti, kada su komponente paralelopipednog, odnosno cilindrivizualno razlikovati otpornik od kondenzatora, odnosno otpornik ili kondenzator od diode.

Slika 2.2. Usporedba SMD sa klasi

U našem radu ćemo koristiti samo poluvodiIzgled kućišta najčešće korištenih poluvodi

Označavanje poluvodičkih elemenata

o što se vidi iako je označavanje poluvodičkih komponenti dosta standardizirano s obzirom na veliki broj tih komponenti najbolji način je ipak korištenje kataloga. Na kraju ove

dati su kataloški podaci za neke komponente koje ćemo koristiti, za svakkomponentu koja se prvi puta koristi potrebno je pronaći njene kataloške podatke na internetu te ih priložiti kao dodatak vježbi.

kih elemenata

komponenti je ugrađena u određene tipove kućneophodna da bi se sama komponenta, odnosno njen funkcionalni dio zaštitio

od vanjskih utjecaja (vlage, temperature, mehaničkih oštećenja). Pored toga, sama kusu tako izvedena da se preko njih komponenta vezuje (lemi) u određeni elektroni

išta omogućuju da se preko njih pričvrste električni izvodi kojima se na veza sa drugim komponentama.

1. Različite vrste kućišta poluvodičkih dioda i tranzistora.

esto se prema vanjskom izgledu kućišta može prepoznati vrsta elektronske komponente, to se posebno može reći za komponente sa izvodima. Međ

, kada su komponente paralelopipednog, odnosno cilindričnog oblika vrlo je teško zlikovati otpornik od kondenzatora, odnosno otpornik ili kondenzator od diode.

2. Usporedba SMD sa klasičnim elektroničkim komponentama.

ćemo koristiti samo poluvodičke komponente u klasiće korištenih poluvodičkih elemenata je prikazan na sljede



kih komponenti dosta standardizirano s rištenje kataloga. Na kraju ove emo koristiti, za svaku novu

i njene kataloške podatke na

ene tipove kućišta. Kućišta su, neophodna da bi se sama komponenta, odnosno njen funkcionalni dio zaštitio

enja). Pored toga, sama kućišta đeni elektronički krug.

vrste električni izvodi kojima se

kih dioda i tranzistora.

išta može prepoznati vrsta elektronske i za komponente sa izvodima. Međutim, kod SMD

čnog oblika vrlo je teško zlikovati otpornik od kondenzatora, odnosno otpornik ili kondenzator od diode.

kim komponentama.

ke komponente u klasičnim kućištima. kih elemenata je prikazan na sljedećim slikama.


www.etsbi.edu.ba

78




www.etsbi.edu.ba

80

Primjer dokumentacije proizvo đača za poluvodi čki element:




www.etsbi.edu.ba

82



Zadatak vježbe

• Koristi poluvodiče koji su ti dostupni na radnom mjestu. Prepiši oznake se tijela poluvodiča i protumači oznake u sljedećoj tabeli. Nakon što odrediš značenje oznaka pronađi odgovarajuću katalošku dokumentaciju za poluvodičke elemente.

Redni broj

Oznaka poluvodičkog elementa

Tip poluvodiča

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

Osnovni parametri elemenata iz dokumentacije proizv ođača:

Poluvodi čke diode

Diode su poluvodičke komponente sastavljene od PN spoja i imaju izvode anodu i katodu. Struja pozitivnog polariteta može tekatodi. U suprotnom smjeru struja nestruja od nekoliko *+ do nekoliko diode imaju određeni otpor, napon napona na diodi je oko 0,6 ]Granični napon i struja se moraju uzeti u obzir, npr. mora izdržati reverzni napon kako ne bi došlo do proboja diode.

Slika

Ovisnost struje diode o priklju(U-I karakteristiku), opisuje Shocklyeyeva jednadžba:

Na strujno-naponskoj karakteristici postoje tri podruvođenja i područje proboja. Napon koljena, koji se nekada naziva i napon ukljuonaj napon u području vođenja u kojem dioda naglo poo materijalu izrade, te iznosi 0spoj metal-poluvodič.

Slika

čke komponente sastavljene od PN spoja i imaju izvode anodu i katodu. Struja pozitivnog polariteta može teći samo u jednom smjeru, od anode prema katodi. U suprotnom smjeru struja neće teći kod idealne diode, dok u stvarnosti po

do nekoliko b+. Curenje je nepoželjno i što je manje eni otpor, napon će lagano pasti kako struja teče kroz diodu. Tipi] 1, i to: 0,7 za silicijsku, a 0,3 za germanijsku diodu.

ni napon i struja se moraju uzeti u obzir, npr. kada se dioda koristi za ispravljanje, mora izdržati reverzni napon kako ne bi došlo do proboja diode.

Slika 2.3. Simboli različitih vrsta poluvodičkih dioda.

Ovisnost struje diode o priključenom naponu, odnosno strujno-naponsku karakteristiku I karakteristiku), opisuje Shocklyeyeva jednadžba:

: :Q ¦ __§ ] 1¨

karakteristici postoje tri područja: područje zapiranja, podruje proboja. Napon koljena, koji se nekada naziva i napon uklju

đenja u kojem dioda naglo počinje voditi struju. Napon koljena ovisi 0,7 za silicij, 0,3 za germanij, 1 za galij

Slika 2.4. Strujno naponska karakteristika diode.


85 Poluvodičke diode

ke komponente sastavljene od PN spoja i imaju izvode anodu i i samo u jednom smjeru, od anode prema

i kod idealne diode, dok u stvarnosti postoji mala . Curenje je nepoželjno i što je manje to je bolje. Pošto

če kroz diodu. Tipični pad za germanijsku diodu.

kada se dioda koristi za ispravljanje, ona

naponsku karakteristiku

čje zapiranja, područje je proboja. Napon koljena, koji se nekada naziva i napon uključenja diode, je

inje voditi struju. Napon koljena ovisi ij-arsenid i 0,2 za


www.etsbi.edu.ba

86

Najvažniji podaci za poluvodi

Nominalna propusna (direktna) struja pri kojoj se ne prekorači dozvoljeno zagrijavanje pri nominalnim

Nominalni propusni (direktni) napon pri nominalnoj propusnoj struji (

Nominalni nepropusni (zaporni) napon nepropusno polarizirana dioda može podnijeti trajno bez opasnosti da

Nominalna nepropusna (zaporna) struja nominalnom reverznom naponu

Brzina prekidanja – ARR maksimalno vrijeme oporavka kod nepropusne polarizacije.

Slika

Većina dioda ima valjkast oblik i tada je katoda slučaj na tijelu diode je oznaka elektroda. Ako ne natpisu ili obliku onda možemo to pokušati instrumentom. Spojimo + kraj instrumenta na elektrodu za koju pretpostavljamo da j

Koristimo područje na instrumentu oznanapon direktno polariziranog PN spoja (za Si diode oko nije dobar instrument će pokazivati da ne može izmjerako je dioda ispravna dobiti ćemo traženi napon.

Slika 2.6

Pored standardnih dioda postoje i mnog(Zenerove diode) , LED diode, tunel diode, varikap diode itd.LED diode te ćemo ovdje dati osnovne karakteristike tih dioda.


Najvažniji podaci za poluvodičku diodu su:

Nominalna propusna (direktna) struja – : je maksimalna dozvoljena trajna struja diode či dozvoljeno zagrijavanje pri nominalnim uvjetima hlađ

Nominalni propusni (direktni) napon – 8 je pad napona na propusno polariziranoj diodi nominalnoj propusnoj struji (0,3 za germanij, 0,7 za silicij).

Nominalni nepropusni (zaporni) napon – 8^ je maksimalna vrijednost napona kojeg nepropusno polarizirana dioda može podnijeti trajno bez opasnosti da će nastupiti proboj.

Nominalna nepropusna (zaporna) struja – :^ je struja koja tečm naponu 8^.

maksimalno vrijeme oporavka kod nepropusne polarizacije.

Slika 2.5. Različiti oblici poluvodičkih dioda

ina dioda ima valjkast oblik i tada je katoda označena sa prstenom, ukoliko to nije ode je oznaka elektroda. Ako ne možemo nikako identificirati elektrode po

natpisu ili obliku onda možemo to pokušati instrumentom. Spojimo + kraj instrumenta na elektrodu za koju pretpostavljamo da je anoda, a - kraj na katodu.

čje na instrumentu označeno znakom diode. Instrument g PN spoja (za Si diode oko 0,7). Ukoliko pretpostavljeni smjer

će pokazivati da ne može izmjeriti ( I ), tada okrenemo polaritet diode i ako je dioda ispravna dobiti ćemo traženi napon.

6. Mjerenje napona direktno polariziranog PN spoja.

Pored standardnih dioda postoje i mnoge specijalne diode kao što su: zdiode) , LED diode, tunel diode, varikap diode itd. Mi ćemo koristiti z

emo ovdje dati osnovne karakteristike tih dioda.

je maksimalna dozvoljena trajna struja diode ima hlađenja.

je pad napona na propusno polariziranoj diodi

je maksimalna vrijednost napona kojeg će nastupiti proboj.

je struja koja teče kroz diodu pri

maksimalno vrijeme oporavka kod nepropusne polarizacije.

ena sa prstenom, ukoliko to nije možemo nikako identificirati elektrode po

natpisu ili obliku onda možemo to pokušati instrumentom. Spojimo + kraj instrumenta na

eno znakom diode. Instrument će pokazati ). Ukoliko pretpostavljeni smjer

), tada okrenemo polaritet diode i

. Mjerenje napona direktno polariziranog PN spoja.

e specijalne diode kao što su: zener diode ćemo koristiti zener diode i



Zener diode isto tako imaju nelinearnu strujno-naponsku karakteristiku, pri čemu je ona identična običnoj diodi za direktnu polarizaciju a razlikuje se u dijelu reverzne polarizacije. Ta razlika je osnovna odlika karakteristike zener diode i ona se koristi upravo u ovom dijelu. Na sljedećoj slici data je tipična karakteristika zener diode i naznačeni su osnovni parametri koji je određuju.

Slika 2.7. Strujno naponska karakteristika zener diode.

Kao što vidimo bitan nam je zenerov napon 8, radna struja u oblasti zenerovog napona :, minimalna :9u© i maksimalna struja u oblasti zenerovog napona :9l, dinamički otpor S. Pored navedenih karakteristika koje su opisane na samom dijagramu važna je još disipacija snage. Ovaj podatak se nalazi u katalogu i o njemu treba voditi računa kada formiramo električne krugove sa zener diodama. Jednostavno vodimo računa da radna struja bude manja od maksimalne, a maksimalnu određujemo iz poznate disipacije snage prema jednadžbi:

:9l = _ª.

Kod označavanja zener dioda važan je raspored elektroda i on se označava na isti način kao kod običnih dioda, i važan je zenerov napon. Zenerov napon se obično ispisuje na tijelo diode u obliku 6V8 (6,8), 12V (12) itd.

Slika 2.8. Zener dioda male snage.


www.etsbi.edu.ba

88

Kod LED dioda karakteristika je po obliku ista kao kod napon PN spoja u provodnom smjeru zavisi od tipšto zavisi od boje korištene diode. Kod LED dioda katoda se ozna

Mi ćemo uglavnom koristiti crvene, zelene i žute LEDizvodima elektroda i radnom strujom od

Testiranje ispravnosti i polarizacije dioda

Kod analognog voltmetra koristi se dioda ili ispravljačka dioda treba pokazati mali otpor (tipioma) u jednom smjeru, dok u drugom treba pokazati beskonabiti blizu 0Ω (kratki spoj) ili u prekidu u oba smzbog nižeg pada napona na njoj.

Slika 2.9. Ispitivanje ispravnosti diode pomo

Na digitalnom instrumentu, obiće pri tom pokazati 0,5 do Germanijeva dioda će pokazati manji napon, izme

Većina dioda (99 od 100) su u kratkom spoju kada su neispravne.

Slika 2.10. Ispitivanje ispravnosti diode pomo


Kod LED dioda karakteristika je po obliku ista kao kod ispravljačkenapon PN spoja u provodnom smjeru zavisi od tipa LED diode. On se krećšto zavisi od boje korištene diode. Kod LED dioda katoda se označava isječ

emo uglavnom koristiti crvene, zelene i žute LED diode sa 5**ektroda i radnom strujom od 10*+.

Testiranje ispravnosti i polarizacije dioda

Kod analognog voltmetra koristi se ljestvica za manji otpor (do 2Ωka dioda treba pokazati mali otpor (tipično 2/3 ljestvice

oma) u jednom smjeru, dok u drugom treba pokazati beskonačni otpor. (kratki spoj) ili u prekidu u oba smjera. Germanijska dioda će pokazati niži otpor,

zbog nižeg pada napona na njoj.

. Ispitivanje ispravnosti diode pomoću analognog mjernog instrumenta.

Na digitalnom instrumentu, obično postoji područje za ispitivanje dioda. Silicijsdo 0,8 u propusnom smjeru i prekid u nepropusnom smjeru.

pokazati manji napon, između 0,2 i 0,4 u propusnom smjeru.

ina dioda (99 od 100) su u kratkom spoju kada su neispravne.

Ispitivanje ispravnosti diode pomoću digitalnog mjernog instrumenta.

čke diode pri čemu a LED diode. On se kreće od 1,5 do 2

čava isječkom na tijelu.

** razmaka među

Ω). Obična signalna ljestvice ili nekoliko stotina

ni otpor. Otpor ne bi trebao će pokazati niži otpor,

instrumenta.

je za ispitivanje dioda. Silicijska dioda u propusnom smjeru i prekid u nepropusnom smjeru.

u propusnom smjeru.

instrumenta.



Zadatak vježbe

• Koristi diode koje su ti dostupne na radnom mjestu, te utvrdi njihovu ispravnost na prethodno opisan način. Rezultate ispravnosti unesi u tabelu:

Redni broj

Oznaka diode

Otpor u direktnom

smjeru

[Ω]

Otpor u reverznom

smjeru

[Ω]

Napon

AK

[]

Napon

KA

[]

Ispravnost diode

(da/ne)

(prekid/kratak spoj)

1.

2.

3.

4.

5.

Skice ispitanih dioda


91 Strujno-naponska karakteristika diode

Strujno-naponska karakteristika diode

Poluvodičke diode sastoje se od PN strukture, koja se pri priključenom naponu, ponaša kao električni ventil, odnosno posjeduje ispravljačka svojstva. Dioda je, dakle, neupravljivi ventil koji se u sklopu ponaša kao nelinearni aktivni otpor, a čija veličina ovisi o polaritetu i veličini priključenog napona.

Osnovna svojstva diode dana su njenom statičkom strujno-naponskom karakteristikom koja prikazuje ovisnost struje kroz diodu o priključenom naponu. Osnovni nazivni parametri diode jesu:

nazivna propusna struja «¬ - maksimalna dopuštena trajna struja diode pri kojoj se ne prekorači dopušteno zagrijavanje pri nazivnim uvjetima hlađenja.

nazivni propusni napon ¬ - pad napona na propusno polariziranoj diodi pri nazivnoj propusnoj struji. Za silicijske diode iznosi 0,75 − 1, a za germanijske diode 0,3 − 0,6.

nazivni nepropusni ili zaporni napon ® - maksimalna vrijednost napona kojeg može podnijeti nepropusno polarizirana dioda bez opasnosti od proboja.

nazivna nepropusna ili zaporna struja «® - struja koja teče kroz diodu kod zapornog napona 8^.

Zadatak vježbe

• Izvršiti spajanje ispitne opreme prema shemama za direktan i reverzan smjer polarizacije diode.

• Izmjeriti struje i napone pri direktnom i reverznom smjeru polarizacije diode, te dobivene vrijednosti unijeti u tabelu.

• Na osnovu tabelarnih vrijednosti nacrtati statičku karakteristiku diode, pri tome pazeći na pravilan izbor razmjere koordinatnih osa.

• Odrediti statičku i dinamičku otpornost diode u radnom području za radnu točku određenu naponom na diodi od 0,75 i izmjeničnim naponom od 0,05.

• Odrediti vrijednost napona praga diode.

Slika 2.11. Izbor diode (1N4001) u programu Multisim.


www.etsbi.edu.ba

92

Statički i dinami čki otpor diode

U propusnom području kod nekog određenog napona 8f na izvodima diode, kroz diodu teče neka struja :f. Time je određena statička radna točka diode, kao što je prikazano na slici.

Slika 2.12. Određivanje statičkog i dinamičkog otpora diode.

U statičkoj radnoj točki mogu se definirati statički otpor diode i dinamički otpor diode.

Statički otpor diode određen je omjerom istosmjernog napona i struje u statičkoj radnoj točki 5 diode:

SO? = 8f?:f?

Dinamički otpor diode Ff je otpor koji dioda kao nelinearni element predstavlja izmjeničnoj struji u nekoj radnoj točki 5. On je definiran kao omjer male promjene napona ∆8 oko radne točke i određene male promjene struje ∆:, koju je prouzrokovala promjena napona ∆8:

Ff = ¯8f¯:f

Za primjer na slici vrijednosti su:

SO? = 8f?:f? = 1,25,46+ = 0,22|

Ff = ¯8f¯:f = 66,2*1,46+ = 0.045|

Napon praga otvaranja diode je definiran kao napon u propusnom području pri kome struja kroz diodu iznosi 1% od maksimalne struje pri direktnoj polarizaciji diode.


93 Strujno-naponska karakteristika diode

Direktna polarizacija diode

Slika 2.13. Shema spoja za direktnu polarizaciju diode.

8f [] 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

:f [*+]

Slika 2.14. Strujno-naponska karakteristika za direktnu polarizaciju diode.


www.etsbi.edu.ba

94

Reverzna polarizacija diode

Slika 2.15. Shema spoja za reverznu polarizaciju diode.

−8f [] 40 45 48 49 49,5 50 50,5 51 51,5 52

:f [b+]

Slika 2.16. Strujno-naponska karakteristika za reverznu polarizaciju diode.


95 Strujno-naponska karakteristika zener diode

Strujno-naponska karakteristika zener diode

Zener dioda je dioda koja u radu koristi dio karakteristike koji odgovara reverznim naponima nešto većim od probojnog napona. Napon koji određuje radnu točku , zove se zenerov napon. Zener dioda se koristi za stabilizaciju istosmjernog napona, pa je potrebno da ima što strmiji dio karakteristike za reverzne napone veće od probojnog napona. Pored toga kako radi u području električnog proboja, ova dioda mora biti građena od takvog poluvodiča da se u radnom području ne ošteti, tj. da je proces reverzibilan. Također se mora voditi računa da se ne prekorači maksimalno dozvoljena snaga discipacije. Zener diode izrađuju se od silicija sa povećanim postotkom primjesa u P i N području. Izrađuju se sa probojnim naponima od 3 do 150.

Zadatak vježbe

• Izvršiti spajanje ispitne opreme prema shemama za direktan i reverzan smjer polarizacije zener diode.

• Izmjeriti struje i napone pri direktnom i reverznom smjeru polarizacije zener diode, te dobivene vrijednosti unijeti u tabelu.

• Na osnovu tabelarnih vrijednosti nacrtati statičku karakteristiku diode, pri tome pazeći na pravilan izbor razmjere koordinatnih osa. Posebno obratiti pažnju prilikom crtanja reverzne karakteristike.

• Odrediti vrijednost napona praga diode u propusnom području.

• Odrediti zenerov napon iz strujno-naponske karakteristike u reverznoj polarizaciji.

Slika 2.17. Izbor zener diode (BZX55C5V6) u programu Multisim.


www.etsbi.edu.ba

96

Direktna polarizacija zener diode (BZX55C5V6)

Slika 2.18. Shema spoja za direktnu polarizaciju zener diode.

8 [] 0,1 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 2

:[*+]

Slika 2.19. Strujno-naponska karakteristika za direktnu polarizaciju zener diode.



Reverzna polarizacija zener diode (BZX55C5V6)

Slika 2.20. Shema spoja za reverznu polarizaciju zener diode.

−8 [] 1 2 3 4 5 5,5 5,75 6 6,25 6,5

:[b+]

Slika 2.21. Strujno-naponska karakteristika za reverznu polarizaciju zener diode.


www.etsbi.edu.ba

98

Direktna polarizacija zener diode (1N4461)

Slika 2.22. Shema spoja za direktnu polarizaciju zener diode.

8 [] 0,1 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 2

:[*+]

Slika 2.23. Strujno-naponska karakteristika za direktnu polarizaciju zener diode.



Reverzna polarizacija zener diode (1N4461)

Slika 2.24. Shema spoja za reverznu polarizaciju zener diode.

−8 [] 1 2 3 4 5 6 6,5 7 7,5 8

:[b+]

Slika 2.25. Strujno-naponska karakteristika za reverznu polarizaciju zener diode.


101 Ispravljači

Ispravlja či

Ispravljač je elektronički sklop koji služi za pretvaranje izmjenične struje (napona) u istosmjernu. Najčešće se u ispravljačima koriste poluvodičke diode kao glavni elektronički elementi kojima se vrši ispravljanje. Osim dioda, koriste se i tiristori.

Pod ispravljanjem izmjenične struje (napona) u istosmjernu često se podrazumijeva i glađenje (filtraciju, smanjivanje valovitosti) izlaznog napona, te stabiliziranje napona. Često se u sklopu ispravljača nalazi i transformator koji smanjuje napon na pogodnu vrijednost (na primjer mrežnih 230 na 15).

Slika 2.26. Primjer sheme ispravljača.

Glađenje (filtracija) izlaznog napona

Filtracija izlaznog napona se izvodi s raznim spojevima kondenzatora i zavojnica. Najjednostavnija filtracija je provedena s jednim kondenzatorom paralelno spojenim na izlaz ispravljača, dok se za bolje karakteristike ispravljača mogu koristiti L, π ili T LC spojevi.

Slika 2.27. Filtarski spojevi za glađenje ispravljenog napona.

Osnovne karakteristike ovakvih spojeva jest da su oni niskopropusni filtri, tako da se kondenzatori uvijek spajaju paralelno, a zavojnice serijski.


www.etsbi.edu.ba

102

Tabela 2.1. Osnovne karakteristike filtarskih spojeva. Približni izrazi, gdje je C [bq], R [Ω], L [;].

Filtar na slici 2.

Tip ispravljača

Poluvalni Punovalni

Izlazni napon Faktor valovitosti Izlazni napon Faktor valovitosti

a) 89 − 10000 ∙ S ∙ 89

5774 ∙ S 89 − 10000

∙ S ∙ 89 2887 ∙ S

b) - - 0,64 ∙ 89 1,19 ∙

c) 89 − 10000 ∙ S ∙ 89

45611H ∙ ∙ S 89 − 10000

∙ S ∙ 89 5701

H ∙ ∙ S

d) 89 − 10000 ∙ S Z SS89

3,6 ∙ 10H ∙ S ∙ S 89 − 10000 ∙ S Z S

S89 1,44 ∙ 10H ∙ S ∙ S

Najčešće se kao filtar koristi elektrolitski kondenzator spojen paralelno sa potrošačem. Za vrijeme pozitivne poluperiode kondenzator C se puni preko diode D, a za vrijeme negativne poluperiode kondenzator se prazni preko otpora R. Kondenzator ne dozvoljava velike varijacije napona na trošilu, na taj način što u sebi akumulira naboj i predaje ga potrošaču za vrijeme dok dioda ne propušta struju.

Što je kapacitet kondenzatora veći to je i napon valovitosti manji. Napon valovitosti se definira kao razlika između maksimalne i minimalne vrijednosti ispravljenog napona.

Valovitost

Prilikom ispravljanja i filtriranja napona, nije u moguće u potpunosti potisnuti komponente izmjeničnog napona, tj. nije moguće dobiti idealni istosmjerni napon, već on ima neku valovitost. Valovitost je osciliranje vrijednosti napona oko srednje vrijednosti i definira se kao omjer vrijednosti između dva vrha i srednjeg napona. Valovitost ovisi o tipu ispravljača (bolja je, naravno, za punovalne ispravljače), upotrjebljenom filtru, te opterećenju ispravljača.

Slika 2.28. Valni oblici napona na ispravljaču.

Klasične primjene ispravljača su ispravljanje izmjeničnog mrežnog napona za elektroničke uređaje koji za svoj rad zahtijevaju istosmjerni napon. Ispravljač obično predstavlja drugi stupanj u realizaciji klasičnih istosmjernih napajanja - iza transformatora, a prije stabilizatora. Ispravljači se nalaze i kao samostalni uređaj, poznat pod nazivom adapter (AC/DC pretvarač).

Poluvalni ispravlja či

Poluvalni ispravljač (engl. halfwave rectifierjedne poluperiode izmjeničnog napona. Tipijedna dioda spojena serijski s izmjeničnog napona, učinkovitost ovakvog sklopa je manja od 50%.

Najjednostavniji poluvalni ispravljapoluvodička dioda i mrežnog transformatora. Na izlaz ispravljavrijeme pozitivne poluperiode, u sekundarnom sekundara i otporom potrošačvišem potencijalu od katode. Kad nastupi negativna poluperioda tada je dioda nepropusno polarizirana tj. katoda je na višem potencijalu u odnosu na anodu, pa nesekundarnom krugu. Kako dioda provodi samo za vrijeme jedne poluperiode tispravljač nazivamo poluvalni ispravlja

Slika 2.30. Shema poluvalnog ispravlja

Ovaj ispravljač ne možemo upotrijebiti za napajanje konstantnu vrijednost istosmjernog napona. Da bi poboljšali oblik dobivenog istosmjernog napona, iza diode ubacujemo filtarske elemente, trenutne promjene poluvalno ispravljenog napona.

a) napon na izvoru

Poluvalni ispravljači

engl. halfwave rectifier) je sklop koji služi za propuštanje samo čnog napona. Tipičan predstavnik poluvalnih ispravlja

jedna dioda spojena serijski s trošilom. Budući da propušta samo jednu poluperiodu ulaznog činkovitost ovakvog sklopa je manja od 50%.

Slika 2.29. Poluvalni ispravljač.

Najjednostavniji poluvalni ispravljač se sastoji od elementa sa ispravljačka dioda i mrežnog transformatora. Na izlaz ispravljača spojen je potroša

vrijeme pozitivne poluperiode, u sekundarnom krugu će teći struja odresekundara i otporom potrošača. Struja teče jer je dioda direktno polarizirana tj. anoda višem potencijalu od katode. Kad nastupi negativna poluperioda tada je dioda nepropusno polarizirana tj. katoda je na višem potencijalu u odnosu na anodu, pa ne

. Kako dioda provodi samo za vrijeme jedne poluperiode t nazivamo poluvalni ispravljač.

. Shema poluvalnog ispravljača za vježbu, bez kondenzatora i sa kondenzatorom.

ne možemo upotrijebiti za napajanje elektroničkih uređst istosmjernog napona. Da bi poboljšali oblik dobivenog istosmjernog

napona, iza diode ubacujemo filtarske elemente, čiji je zadatak da je što mogutrenutne promjene poluvalno ispravljenog napona.

a) napon na izvoru b) napon nakon diode


103 Poluvalni ispravljači

) je sklop koji služi za propuštanje samo an predstavnik poluvalnih ispravljača je samo i da propušta samo jednu poluperiodu ulaznog

se sastoji od elementa sa ispravljačkim svojstvom - a spojen je potrošač R. Za

i struja određena naponom e jer je dioda direktno polarizirana tj. anoda je na

višem potencijalu od katode. Kad nastupi negativna poluperioda tada je dioda nepropusno polarizirana tj. katoda je na višem potencijalu u odnosu na anodu, pa neće teći struja u

. Kako dioda provodi samo za vrijeme jedne poluperiode to ovakav

a za vježbu, bez kondenzatora i sa kondenzatorom.

uređaja koji zahtijevaju st istosmjernog napona. Da bi poboljšali oblik dobivenog istosmjernog

iji je zadatak da je što moguće više smanje

b) napon nakon diode


www.etsbi.edu.ba

104

c) napon nakon kondenzatora d) usporedba napona izvora i napona na potroša

Slika 2.31. Valni oblici napona kod poluvalnog ispravlja

Sa slike vidimo da napon ne dioda propusno polarizirana. Vrijednost napona na potrošanapon generatora za pad napona na diodi (reverzno polarizirana (jako veliki otpor diode) pa je napon na potrošasav napon izvora je na diodi. Zbog toga moramo voditi rabude manji od maksimalno dozvoljenog

Zbog lakšeg proračuna pretpostavit diodi), što znači da je 89 = 89

Također dopuštena vrijednost napona zaporne polarizacije diode mora biti ve

Napon na potrošaču je:

0YA[ = ± 892-3YLA[,0,Srednja vrijednost ispravljenog napona (istosmjerna komponenta) dana je izrazom:

8QREfektivna vrijednost napona na potroša

Napon na potrošaču može se izraziti:

gdje je 0/ napon valovitosti na potrošaveličina jednaka drugom korijenu sume kvadrata vrijednosti pojedinih

efektivna vrijednost valovitosti je:

8/@ Kod ispravljača napona kvaliteta istosmjernog napona se mjeri faktorom valovitosti

(engl. ripple factor) koji je jednak omjeru efektivne vrijednosti napona valovitosti ivrijednosti napona, mjerenih na potroša

Poboljšanje oblika izlaznog napona, povevalovitosti, postiže se postupkom filtriranja (gla


c) napon nakon kondenzatora d) usporedba napona izvora i napona na potroša

. Valni oblici napona kod poluvalnog ispravljača.

Sa slike vidimo da napon ne postoji samo za vrijeme pozitivne poluperiode, tj. kad je dioda propusno polarizirana. Vrijednost napona na potrošaču je umanjena u odnosu na

ra za pad napona na diodi (0,7). Za vrijeme negativne poluperiode dioda je (jako veliki otpor diode) pa je napon na potrošaču jednak nuli to jest

sav napon izvora je na diodi. Zbog toga moramo voditi računa da maksimalni napon izvora bude manji od maksimalno dozvoljenog reverznog napona diode.

čuna pretpostavit će se da je dioda idealna (nema pada napona na 9.

er dopuštena vrijednost napona zaporne polarizacije diode mora biti ve

0 ² A ² EE ² A ² 2E³ gdje je L HI?

Srednja vrijednost ispravljenog napona (istosmjerna komponenta) dana je izrazom:

89E 0,318 ∙ 89 0,45 ∙ 8@ 8fg

Efektivna vrijednost napona na potrošaču je dana izrazom:

8@ 892

ču može se izraziti:

0 8QR Z 0/

napon valovitosti na potrošaču. Kako je efektivna vrijednost nesinusoidalnih ina jednaka drugom korijenu sume kvadrata vrijednosti pojedinih komponenti

8@ ´8QRH Z 8/@H µ a vrijednost valovitosti je:

´8@H ] 8QRH µ 89¶14 ] 1EH 0,386 ∙ 89

a napona kvaliteta istosmjernog napona se mjeri faktorom valovitosti ) koji je jednak omjeru efektivne vrijednosti napona valovitosti i

vrijednosti napona, mjerenih na potrošaču:

F 8/@8QR 0,386 ∙ 890,318 ∙ 89 1,21

Poboljšanje oblika izlaznog napona, povećanje istosmjerne komponente uz smanjenje valovitosti, postiže se postupkom filtriranja (glađenja) ispravljenog napona.

c) napon nakon kondenzatora d) usporedba napona izvora i napona na potrošaču

postoji samo za vrijeme pozitivne poluperiode, tj. kad je u je umanjena u odnosu na

). Za vrijeme negativne poluperiode dioda je ču jednak nuli to jest

una da maksimalni napon izvora

e se da je dioda idealna (nema pada napona na

er dopuštena vrijednost napona zaporne polarizacije diode mora biti veća od 89.

Srednja vrijednost ispravljenog napona (istosmjerna komponenta) dana je izrazom:

u. Kako je efektivna vrijednost nesinusoidalnih komponenti:

a napona kvaliteta istosmjernog napona se mjeri faktorom valovitosti ) koji je jednak omjeru efektivne vrijednosti napona valovitosti i srednje

anje istosmjerne komponente uz smanjenje enja) ispravljenog napona.


105 Poluvalni ispravljači

Slika 2.32. Mjerenje napona valovitosti na osciloskopu.

Iznos napona valovitosti 8Ru možemo očitati na osciloskopu (mjeren od vrha do vrha) ili izračunati prema izrazu:

8Ru = 89=Ru ∙ S ∙

gdje je =Ru frekvencija napona valovitosti koja za poluvalni ispravljač iznosi 50;<, a za punovalni ispravljač 100;<.

Za ispravljače moguće je definirati i faktor ispravljanja (engl. ratio of retification) koji je jednak omjeru srednje snage prema ukupnoj snazi predanoj potrošaču:

F = QR = 8QR8@

Zadatak vježbe

• Navesti najveći dopušteni zaporni napon i najveću dopuštenu struju pri propusnoj polarizaciji za diodu 1N4001.

• Izračunati srednju vrijednost ispravljenog napona poluvalnog ispravljača bez spojenog kondenzatora uz napon na sekundarnom namotaju transformatora 8O = 24.

• Pomoću osciloskopa snimiti napon na potrošaču za različite vrijednosti otpora potrošača R i kapaciteta kondenzatora C. Za svaku kombinaciju vrijednosti odrediti napon valovitosti.

• Nacrtati valne oblike napona na potrošaču i napona valovitosti za izmjerene vrijednosti.

Tabela 2.2. Rezultati mjerenja.

Redni broj

Napon izvora []

Otpornik R [Ω]

Kondenzator C [bq]

Napon na potrošaču 8QR []

Napon valovitosti 8Ru[]

izračunato izmjereno

1. 5 1000 -

2. 5 1000 1

3. 5 1000 470

4. 5 1000 4700

5. 5 10 470

6. 5 10 4700


www.etsbi.edu.ba

106

Valni oblici napona na potrošaču.

Valni oblici napona valovitosti prema izmjerenim vrijednostima.

Punovalni ispravlja či

Punovalni ispravljač (englpoluperiode izmjeničnog napona, ali tako da pozitivnu poluperiodu propusti, a negativnu fazno pomakne za 180° tj. promijeni joj predznak na pona.

Slika 2.33. Punovalni ispravlja

Punovalni ispravljač može biti realiziran s dvije diode i transformatorom s dva sekundarna namotaja. Prilikom pozitivne poluperiode, na gornjem namotaju je takopozitivna poluperioda, pa vodi dioda Dpoluperioda, voditi će dioda Dnapona.

Slika 2.34

Najjednostavniji punovalni ispravljačetiri poluvodičke diode vezane u mosnom spoju (Graetzovtransformatora. Na izlaz ispravljavode diode D1 i D2. Kad nastupi negativna poluperioda tada vode diode Dpotrošač R teče ispravljena struja za vrijeme obje poluperiode pa se ovaj ispravljapunovalni ispravljač.

Slika 2.35. Shema punovalnog ispravlja

Punovalni ispravljači

engl. fullwave rectifier) je sklop koji služi za propuštanje obje nog napona, ali tako da pozitivnu poluperiodu propusti, a negativnu

fazno pomakne za 180° tj. promijeni joj predznak na pona.

. Punovalni ispravljač sa dvije diode i transformatorom sa srednjim izvodom.

č može biti realiziran s dvije diode i transformatorom s dva sekundarna namotaja. Prilikom pozitivne poluperiode, na gornjem namotaju je takopozitivna poluperioda, pa vodi dioda D1, dok u drugom slučaju, kada je negativna

će dioda D2. Tako se osigurava punovalno ispravljanje izmjeni

Slika 2.34. Punovalni ispravljač u mosnom spoju.

Najjednostavniji punovalni ispravljač se sastoji od elementa sa ispravljačke diode vezane u mosnom spoju (Graetzov-om spoju) i mrežnog

transformatora. Na izlaz ispravljača spojen je potrošač R. Za vrijeme pozitivne poluperiode . Kad nastupi negativna poluperioda tada vode diode D

e ispravljena struja za vrijeme obje poluperiode pa se ovaj ispravlja

. Shema punovalnog ispravljača za vježbu, bez kondenzatora i sa kondenzatorom.


107 Punovalni ispravljači

) je sklop koji služi za propuštanje obje nog napona, ali tako da pozitivnu poluperiodu propusti, a negativnu

i transformatorom sa srednjim izvodom.

može biti realiziran s dvije diode i transformatorom s dva sekundarna namotaja. Prilikom pozitivne poluperiode, na gornjem namotaju je također

čaju, kada je negativna . Tako se osigurava punovalno ispravljanje izmjeničnog

se sastoji od elementa sa ispravljačkim svojstvom - om spoju) i mrežnog

R. Za vrijeme pozitivne poluperiode . Kad nastupi negativna poluperioda tada vode diode D3 i D4. Kroz

e ispravljena struja za vrijeme obje poluperiode pa se ovaj ispravljač naziva

a za vježbu, bez kondenzatora i sa kondenzatorom.


www.etsbi.edu.ba

108

Ovaj ispravljač možemo upotrijebiti za konstantnu vrijednost istosmjernog napona. Da bi poboljšali oblik dobivenog istosmjernog napona, iza diode ubacujemo filtarske elemente, trenutne promjene punovalno ispravljenog napona.

a) razlika napona izvora i napona nakon dioda b) napon nakon punovalnog ispravlja

c) filtrirani napon nakon kondenzatora d) usporedba napona izvora i napona na potroša

Slika 2.36. Valni oblici napona kod punovalnog ispravlja

Na slici je prikazan oblik signala na generatoru (AC izvoru) i napon na potrošaAmplituda ispravljenog napona je manja od amplitude signala AC izvora za pad napona na dvije direktno polarizirane diode

Napon na potrošaču, zanemaruju

Srednja komponenta ispravljenog napona (istosmjerna komponenta), uz zanemariv pad napona na diodama iznosi:

8QR = H_VI

Efektivna vrijednost napona valovitosti je:

8/@ = Faktor valovitosti (engl. ripple factor

Kao i kod poluvalnih ispravosciloskopu (mjeren od vrha do vrha) ili izra

gdje je =Ru frekvencija napona valovitosti koja za puopćem slučaju frekvencija valovitosti je dvostruko vepunovalni ispravljač spojen).


možemo upotrijebiti za napajanje elektroničkih uređaja koji zahtijevaju konstantnu vrijednost istosmjernog napona. Da bi poboljšali oblik dobivenog istosmjernog napona, iza diode ubacujemo filtarske elemente, čiji je zadatak da je što mogu

no ispravljenog napona.

a) razlika napona izvora i napona nakon dioda b) napon nakon punovalnog ispravlja

c) filtrirani napon nakon kondenzatora d) usporedba napona izvora i napona na potroša

. Valni oblici napona kod punovalnog ispravljača.

Na slici je prikazan oblik signala na generatoru (AC izvoru) i napon na potrošaAmplituda ispravljenog napona je manja od amplitude signala AC izvora za pad napona na dvije direktno polarizirane diode (2 ∙ 0,7 1,4).

ču, zanemarujući pad napona na diodama, je:

0YA[ |89sinYLA[|, 0 ² A ² 2E

Srednja komponenta ispravljenog napona (istosmjerna komponenta), uz zanemariv pad

V 0,637 ∙ 89 0,9 ∙ 8@ gdje je 89 √2Efektivna vrijednost napona valovitosti je:

´8@H ] 8QRH µ 89¶12 ] 1EH 0,308 ∙ 89

engl. ripple factor) iznosi:

F 8/@8QR 0,308 ∙ 890,637 ∙ 89 0,483

Kao i kod poluvalnih ispravljača iznos napona valovitosti 8Ru možemo oosciloskopu (mjeren od vrha do vrha) ili izračunati prema izrazu:

8Ru 89=Ru ∙ S ∙

frekvencija napona valovitosti koja za punovalni ispravljačaju frekvencija valovitosti je dvostruko veća od frekvencije mreže na koju je

uređaja koji zahtijevaju konstantnu vrijednost istosmjernog napona. Da bi poboljšali oblik dobivenog istosmjernog

iji je zadatak da je što moguće više smanje

a) razlika napona izvora i napona nakon dioda b) napon nakon punovalnog ispravljača

c) filtrirani napon nakon kondenzatora d) usporedba napona izvora i napona na potrošaču

Na slici je prikazan oblik signala na generatoru (AC izvoru) i napon na potrošaču R. Amplituda ispravljenog napona je manja od amplitude signala AC izvora za pad napona na

Srednja komponenta ispravljenog napona (istosmjerna komponenta), uz zanemariv pad

∙ 8@

možemo očitati na

novalni ispravljač iznosi 100;< (u a od frekvencije mreže na koju je


109 Punovalni ispravljači

Zadatak vježbe

• Navesti najveći dopušteni zaporni napon i najveću dopuštenu struju pri propusnoj polarizaciji za diodu 1N4007.

• Izračunati srednju vrijednost ispravljenog napona punovalnog ispravljača bez spojenog kondenzatora uz napon na sekundarnom namotaju transformatora 8O = 16.

• Pomoću osciloskopa snimiti napon na potrošaču za različite vrijednosti otpora potrošača R i kapaciteta kondenzatora C. Za svaku kombinaciju vrijednosti odrediti napon valovitosti.

• Nacrtati valne oblike napona na potrošaču i napona valovitosti za izmjerene vrijednosti.


Redni broj

Napon izvora []

Otpornik R [Ω]

Kondenzator C [bq]

Napon na potrošaču 8QR []

Napon valovitosti 8Ru[]

izračunato izmjereno

1. 10 1000 -

2. 10 1000 1

3. 10 1000 47

4. 10 1000 470

5. 10 1000 4700

6. 10 10 -

7. 10 10 47

8. 10 10 470

9. 10 10 4700


www.etsbi.edu.ba

110

Valni oblici napona na potrošaču.

Valni oblici napona valovitosti prema izmjerenim vrijednostima.


111 Stabilizatori napona

Stabilizatori napona

Stabilizatori su dio istosmjernih izvora napajanja. Nakon transformiranja, ispravljanja i filtriranja izmjeničnog mrežnog napona, na izlazu ispravljača dobiva se ispravljeni napon. Taj se napon sastoji od istosmjerne komponente i male izmjenične komponente napona valovitosti, koja je posljedica nesavršenog filtriranja ispravljenog napona. Istosmjerna komponenta može se mijenjati zbog promjene mrežnog napona i promjene opterećenja. Zadaća stabilizatora je svesti te promjene na minimum. Također stabilizator dodatno prigušuje izmjeničnu komponentu napona valovitosti.

Stabilizator se može prikazati blok-shemom na slici 2.37. Ulazni napon stabilizatora 0_~ je izlazni napon ispravljača i sadrži promjenjivu istosmjernu komponentu napona 8_~ i izmjenični napon valovitosti 0e/. Na izlaz stabilizatora priključuje se realno trošilo, koje se nadomjesti promjenjivim otporom S?.

Slika 2.37. Blok shema stabilizatora napona.

Nijedan stabilizator nije idealan i napon na njegovom izlazu mijenja se s promjenom radnih uvjeta: ulazni napon, struja trošila i temperatura.

Osnovne značajke stabilizatora napona jesu:

- područje vrijednosti napona koji se može dovesti na ulaz a da izlazni napon ostane u zadanim granicama,

- vrijednost izlaznoga napona, - dopušteno odstupanje izlaznoga napona, - vrijednost struje kojom se može opteretiti stabilizator, tj. izlazna struja.

Učinkovitost stabilizatora napona iskazuje se pomoću sljedećih parametara:

- faktor stabilizacije, - izlazni otpor, - temperaturni koeficijent, - faktor potiskivanja brujanja.

Faktor stabilizacije je omjer promjene izlaznoga napona i promjene ulaznoga napona koja uzrokuje promjenu izlaznoga napona uz stalnu vrijednost struje opterećenja i temperature okoline:

q = ∆8U∆8_~

Prema gornjoj definiciji, za dobar stabilizator faktor stabilizacije treba biti što manji broj kako bi za određenu promjenu ulaznoga napona bila što manja promjena izlaznoga. Stoga se ponekad faktor stabilizacije definira kao omjer promjene ulaznoga napona i njome izazvane promjene izlaznoga napona. U tom slučaju faktor stabilizacije mora biti što veći broj.

C = ∆8_~∆8U


www.etsbi.edu.ba

112

Izlazni otpor stabilizatora je omjer promjene izlaznoga napona i promjene struje opterećenja stabilizatora koja uzrokuje promjenu izlaznoga napona uz stalnu vrijednost ulaznoga napona i temperature okoline:

SU = ∆8U∆:U

Temperaturni koeficijent (engl. temperature coefficient of output voltage) omjer je promjene izlaznoga napona i promjene temperature okoline koja je izazvala promjenu izlaznoga napona uz stalnu vrijednost ulaznoga napona i struje opterećenja. Iskazuje se u milivoltima po Celzijevu stupnju:

5 = ∆8U∆5

Faktor potiskivanja brujanja (engl. ripple rejection) omjer je vrijednosti napona brujanja (izmjenična komponenta ispravljenoga napona) od vrha do vrha na ulazu i vrijednosti napona brujanja od vrha do vrha na izlazu stabilizatora izražen u decibelima.

qp = 208Ru»8Ru¼ª

Referentni element

Osnovni element stabilizatora je referentni element . To je element na kojem se uspostavlja stalni napon, po mogućnosti neovisan o radnim uvjetima kao što su promjena struje, temperature i slično. Kao jednostavan, ali vrlo djelotvoran referentni element u stabilizatorima se najčešće koristi zenerova dioda. To je pn-dioda koja radi u području proboja, kako je to prikazano na slici 2.38. U proboju, probojni zenerov napon 8 praktički je stalan i vrlo se malo mijenja sa strujom. Zenerova dioda koristi se pri zapornoj polarizaciji i zenerov napon 8 suprotnog je polariteta od polariteta propusno polarizirane diode 8. Iz istih je razloga smjer struje zenerove diode : suprotan smjeru struje propusno polarizirane diode :f.

Slika 2.38. Simbol i strujno-naponska karakteristika zener diode.

Zenerove diode označuju se posebnim električkim simbolom, prikazanim na slici 2.38. Izvode se za niz različitih napona. Uz zenerov napon, bitan parametar zenerove diode je dinamički otpor

F = ∆8∆:

definiran kao recipročna vrijednost nagiba karakteristike u području proboja. Dinamički otpor treba biti što manji.



Temperaturni koeficijent zenerove diode ukazuje kako se i koliko mijenja zenerov napon s promjenom temperature. Zenerove diode su najčešće diode s lavinskim probojem, pa je temperaturni koeficijent pozitivan, što znači da zenerov napon raste s temperaturom. Ima i zenerovih dioda, koje su temperaturno kompenzirane. Njihov je temperaturni koeficijent znatno smanjen.

Za ispravan rad diode kao referentnog elementa kroz zenerovu diodu mora teći minimalna struja :9u© dovoljno velika da se izbjegne koljeno karakteristike u proboju i da se dosegne zenerov napon. Maksimalna struja zenerove diode :9l ograničena je maksimalnom disipacijom snage 9l, koja ovisi o izvedbi diode, tipu kućišta i eventualno dodanom hladilu.

Stabilizator sa zener diodom

Najjednostavnija izvedba stabilizatora prikazana je na slici 2.39. Na ulaz stabilizatora dovodi se nestabilizirani napon iz ispravljača označen 0_~. Na izlaz se priključuje trošilo promjenjivog otpora S?. Između ulaza i izlaza stabilizatora spojen je otpornik S>, a paralelno izlazu spojena je zenerova dioda .

Slika 2.39. Stabilizator sa zenerovom diodom.

Da bi se na zenerovoj diodi uspostavio zenerov napon 8 istosmjerni ulazni napon 8_~ mora biti veći od izlaznog stabiliziranog napona. Zenerov napon ujedno je i izlazni napon 8U stabilizatora. Razlika ulaznog i izlaznog napona je na otporniku S>. Padom napona na otporniku S> određena je struja :> kroz taj otpornik

:> = 8_~ − 8US> = 8_~ − 8S>

Struja :> dijeli se na struju zenerove diode : i izlaznu struju trošila :U

:> = : Z :U

pri čemu je struja trošila

:U = 8US? = 8S?

Princip stabilizacije je održavanje izlaznog napona stabilnim, tj. što manje ovisnim o promjeni radnih uvjeta kao što su promjena ulaznog napona ili promjena otpora trošila. Ako se promijeni ulazni napon, promijenit će se pad napona na otporniku S> a time i njegova struja :>. Zenerova dioda održava stalni napon 8, a time i stalni izlazni napon 8U.

Ako se nije promijenio otpor trošila S?, nije s promijenila ni njegova struja. U tom se slučaju struja zenerove diode : mijenja s promjenom struje :>. Izlazni napon ostat će nepromijenjen u onolikoj mjeri koliko se napon zenerove diode 8 ne mijenja s promjenom struje :.

Ukoliko se uz nepromijenjeni ulazni napon promijeni trošilo, tj. njegov otpor S?, uz stalni napon 8U = 8 promijeniti će se izlazna struja :U. Kako se nije promijenio pad napona na otporniku S>, nije se promijenila ni struja :>, tako da se izlazna struja :U mijenja na račun


www.etsbi.edu.ba

114

promjene struja zenerove diode :.

Promjenom radnih uvjeta mijenja se struja zenerove diode :. Pri projektiranju stabilizatora treba osigurati da uz poznate promjene ulaznog napona 8_~ i otpora trošila S? struja zenerove diode ostane u intervalu :9u© < : < :9l, gdje je :9u© minimalna struja određena koljenom karakteristike diode, a :9l je maksimalna struja određena maksimalnom dozvoljenom disipacijom snage. Osiguravanje struje zenerove diode potrebne za ispravan rad stabilizatora postiže se podešavanjem iznosa otpora S>.

Serijski tranzistorski stabilizator

U stabilizatoru sa zenerovom diodom dioda je jako opterećena. Budući da se stabilizatori projektiraju za veće izlazne struje, velika struja teče i kroz diodu uvjetujući na njoj veliku disipaciju snage. Disipacija snage diode znatno se smanjuje u serijskom tranzistorskom stabilizatoru prikazanom na slici 2.40. Stabilizator se zove serijski, jer je element koji služi za stabilizaciju, bipolarni tranzistor, spojen u seriju s izlaznim priključcima. Tranzistor prati i preuzima na sebe promjene ulaznog napona i opterećenja na izlazu, pri čemu se na izlazu održava stabilan napon.

Slika 2.40. Serijski tranzistorski stabilizator napona.

Istosmjerni izlazni napon stabilizatora manji je od napona zenerove diode za napon spoja baza-emiter tranzistora:

8U = 8 − 8p½

Napon 8p½ malo se mijenja sa strujom i jednak je naponu koljena propusno polariziranog spoja baza-emiter.

Ulazni napon 8_~ mora biti veći od napona zenerove diode 8, kako bi dioda radila u području proboja. Razlika ulaznog napona 8_~ i napona zenerove diode 8 uspostavlja pad napona na otporniku S>, kojim se regulira struja tog otpornika

:> = 8_~ − 8S>

Pad napona na otporniku S> zaporno polarizira spoj kolektor-baza tranzistora i osigurava njegov rad u normalnom aktivnom području.

Struja :> dijeli se na struju zenerove diode i baznu struju tranzistora

:> = : Z :p

Izlazna struja je emiterska struja tranzistora i za rad tranzistora u normalnom aktivnom području vrijedi

: = Y1 Z ¾[:p



pa se za izlazni napon može pisati

8U = :S? = Y1 Z ¾[:pS?

Rad serijskog tranzistorskog stabilizatora sličan je radu stabilizatora sa zenerovom diodom. Dobar rad ovisi o nepromjenjivosti napona 8 i 8p½ sa strujama zenerove diode : i bazne struje tranzistora :p. Pri promjeni ulaznog napona 8_~ mijenja se struja :>. Ako se ne mijenja otpor trošila S?, uz stalan izlazni napon 8U = 8 − 8p½ ne mijenja se izlazna struja :U, ne mijenja se ni bazna struja tranzistora :p, pa promjenu struje :> preuzima zenerova dioda. Promjena otpora trošila mijenja izlaznu struju :U, a s njom i baznu struju tranzistora :p. Ako se pri tome ne mijenja ulazni napon 8_~, uz stalni napon 8 ne mijenja se ni struja :>. Bazna struja tranzistora mijenja se na račun promjene struje zenerove diode.

Promjenom radnih uvjeta mijenja se struja zenerove diode :. Uz poznate promjene ulaznog napona 8_~ i otpora trošila S? za ispravan rad stabilizatora treba osigurati da struja zenerove diode ne bude manja od struje :9u© određene naponom koljena probojne karakteristike, niti veća od struje :9l, određena maksimalnom dozvoljenom disipacijom snage.

U serijskom tranzistorskom stabilizatoru tranzistor preuzima disipaciju snage. Izlazna struja je emiterska struja tranzistora. Zenerova dioda spojena je u krug baze i kroz nju teče praktički ¾ puta manja struja u odnosu na struju koja teče kroz zenerovu diodu u stabilizatoru sa zenerovom diodom. To je bitna prednost. Uloga zenerove diode u stabilizatoru je održavanje referentnog napona, što se lakše postiže ako dioda radi s manjim snagama i manje se grije.

Integrirane izvedbe stabilizatora

Postoji veliki broj različitih tipova integriranih stabilizatora. Mogu se svrstati u četiri skupine: stabilizatori opće namjene, stabilizatori stalnoga izlaznog napona s tri izvoda, stabilizatori podesivoga izlaznog napona s tri i četiri izvoda i impulsni stabilizatori.

Stabilizatori op će namjene (engl. general purpose precision multi-terminal regulators), mogu poslužiti za gradnju velikog broja različitih izvedbi stabiliziranih izvora napona napajanja. Ulazni napon može im se kretati u širokom rasponu, a dodavanjem vanjskih elemenata može se dobiti izlazni napon također u širokom rasponu. Kao primjer može se navesti integrirani sklop poznat pod oznakom 723.

Stabilizatori stalnoga izlaznog napona s tri izvoda (engl. fixed voltage three-terminal) daju na izlazu stalan napon određene vrijednosti. Proizvode se serije s različitim iznosima koji se najčešće upotrebljavaju.

Kod stabilizatora podesivoga izlaznog napona s tri i četiri izvoda (engl. adjustable voltage three and four terminal) iznos izlaznoga napona određuje se vrijednostima otpora dijelila koje se dodaje izvana.

Kod serijskih stabilizatora napona serijski element (tranzistor) djeluje kao promjenljivi otpor koji na sebe preuzima promjene ulaznog napona. Ovisno o razlici ulaznoga i izlaznog napona te struji opterećenja na serijskom tranzistoru može doći do znatnog utroška snage (engl. power disipation). Stoga je stupanj iskoristivosti (odnos snage predane trošilu i snage privedene iz izvora, engl. efficiency) kod serijskih stabilizatora vrlo nizak, često ispod 20%.

Primjenom impulsnih stabilizatora napona (engl. switching regulators) moguće je smanjiti utrošak snage na serijskom tranzistoru te ga učiniti gotovo neovisnim o razlici ulaznoga i izlaznog napona i tako povećati stupanj iskoristivosti iznad 75%.

Osnovne karakteristične veličine integriranih izvedbi stabilizatora jesu: područje vrijednosti ulaznih napona (engl. input voltage range), vrijednosti napona koje se mogu dobiti na izlazu (engl. output voltage range), moguća odstupanja izlaznoga napona (engl. output


www.etsbi.edu.ba

116

voltage tolerance), vrijednost struje kojom se može opteretiti stabilizator, tj. izlazna struja (engl. output current), naponski faktor stabilizacije (engl. line regulation), opteretni faktor stabilizacije, (engl. load regulation), temperaturni koeficijent (engl. temperature coefficient of output voltage) i faktor potiskivanja brujanja (engl. ripple rejection).

Naponski faktor stabilizacije je promjena izlaznoga napona uz zadanu promjenu ulaznoga napona. Iskazuje se u milivoltima ili postotku promjene izlaznoga napona.

Opteretni faktor stabilizacije je promjena izlaznoga napona uz zadanu promjenu struje trošila. Iskazuje se također u milivoltima ili postotku promjene izlaznoga napona.

Temperaturni koeficijent i faktor potiskivanja napona brujanja definiraju se na isti način kao kod serijskoga tranzistorskog stabilizatora.

Stabilizatori stalnog napona sa tri izvoda

Kao tipični predstavnici stabilizatora stalnog napona s tri izvoda mogu se uzeti stabilizatori serije 78XX za pozitivne vrijednosti, odnosno 79XX za negativne vrijednosti. Veličinu izlaznog napona označavaju znamenke XX. Izlazi tih stabilizatora mogu se opteretiti strujom od 1+. Kod većih opterećenja djeluje unutrašnja zaštita.

Slika 2.41. Integrirani stabilizatori napona sa tri izvoda.

Integrirani stabilizatori podesivog napona s tri iz voda

Izlazni napon integriranih stabilizatora podesivog napona s tri izvoda ovisi o vrijednostima izvana dodanih otpornika:

8U = 8R@ 1 Z SHS> Z :hfSH

8R@ je napon koji vlada između izvoda integriranog sklopa na koje se spaja otpornik S>. Za sklop s oznakom LM317 8R@ iznosi 1,25. :hf je struja koja iz integriranog sklopa teče kroz otpor SH. Tipična vrijednost za tu struju je 50b+.

Slika 2.42. Integrirani stabilizator podesivog napona s tri izvoda (LM317).

Dopušteni ulazni napon sklopa LM317 je 35. radi smanjenja utjecaja prijelaznih pojava dodaju se paralelno ulazu i izlazu kondenzatori kapaciteta nekoliko stotina nanofarada.



Zadatak vježbe

Slika 2.43. Shema serijskog tranzistorskog stabilizatora za vježbu.

• Odredite izlazne vrijednosti napona stabilizatora sa slike za vrijednosti ulaznog napona koje su zadate u tabeli 2.4.


8_~ [] 2 4 5 6 7 8 9 10 12

8U[]

• Grafički prikažite ovisnost izlaznog napona o promjenama ulaznog napona. Pomoću grafičkog prikaza ovisnosti odredite faktor stabilizacije za promjenu ulaznog napona za ±2 od vrijednosti 10.

• Izmjerite vrijednosti izlaznog napona i struje kroz trošilo za vrijednosti otpora trošila S? koje su zadate u tabeli 2.5, kada je na ulaz priključen izvor istosmjernog napona od 15. Grafički prikažite ovisnost izlaznog napona o promjenama opterećenja.


www.etsbi.edu.ba

118


S?[|] 10 27 33 47 56 68 100

8U[]

:?[+]

• Kolika će struja teći kroz tranzistor u slučaju kratkog spoja na izlazu stabilizatora? Prelazi li vrijednost te struje iznos dopuštene struje kolektora tranzistora?

• Osciloskopom izmjerite napon brujanja na ulazu i izlazu stabilizatora na slici 2.44 uz ulazni napon od 15 i priključeni otpor tereta od 47Ω. Na temelju izmjerenih napona brujanja izračunajte faktor potiskivanja napona brujanja.

Slika 2.44. Punovalni ispravljač sa serijskim tranzistorskim stabilizatorom napona.



qp =

• Izračunajte vrijednosti izlaznog napona stabilizatora napona sa slike 2.45. ako su vrijednosti otpora S> = 220| i SH = 1,5|.

Slika 2.45. Punovalni ispravljač sa integriranim stabilizatorom napona LM317.

8U =

• Izmjerite vrijednosti izlaznog napona i struje kroz trošilo za vrijednosti ulaznog napona zadanih u tabeli 2.6.


8_~ [] 9 10 11 12 13 14 15

8U[]

:?[+]

• Grafički prikažite ovisnost izlaznog napona o promjenama ulaznog napona. Pomoću grafičkog prikaza ovisnosti odredite faktor stabilizacije za promjenu ulaznog napona za ±2 od vrijednosti 12.


www.etsbi.edu.ba

120

• Izmjerite vrijednosti izlaznog napona i struje kroz trošilo za vrijednosti otpora trošila S? koje su zadate u tabeli 2.7, kada je na ulaz priključen izvor istosmjernog napona od 15. Grafički prikažite ovisnost izlaznog napona o promjenama opterećenja.


S?[|] 10 27 33 47 56 68 100

8U[]

:?[+]


121 Bipolarni tranzistori

Bipolarni tranzistori

Tranzistori su poluvodičke komponente kod kojih se izlaz može kontrolirati signalom na jednoj ili više ulaznih elektroda u obliku struje kroz spoj baza-emiter (bipolarni tranzistor) ili s naponom na ulaznoj elektrodi Gate (kod tranzistora sa efektom polja – FET). Većina tranzistora je izrađena od silicija i imaju tri izvoda: bazu emiter i kolektor.

U osnovi, tranzistori se klasificiraju prema materijalu od kojeg su izrađeni (germanij Ge ili silicij Si) i prema njihovom polaritetu (PNP li NPN). Unutar tih kategorija postoji vrlo širok raspon tipova: opća namjena, za linearne ili prekidačke (switching) aplikacije do 3,;< i disipacije do 500*r; tranzistor snage, njihova tipična primjena je u izlaznim stupnjevima audio pojačala, čija je glavna karakteristika sposobnost da disipiraju toplinu; zatim tu su visokonaponski tipovi, npr u RGB izlaznim stupnjevima koji pogone katodnu cijev, i u kombinaciji s visokom snagom u switching napajanjima i otklonskom snopu, visokofrekventni tranzistori s kratkim prijelaznim vremenom i često niskošumnim karakteristikama za primjenu VHF, UHF, SHF prijemnom dijelu. Darlington tranzistor koji ma vrlo veliko pojačanje snage, prekidački tranzistori za brze impulse ili logičke signale, komplementarni parovi – usklađeni NPN/PNP tranzistori koji se koriste u audio klasi B, za pojačanje snage.

Slika 2.46. Primjeri kućišta tranzistora male snage sa označenim izvodima.


www.etsbi.edu.ba

122

Slika 2.47. Primjeri kućišta tranzistora velike snage sa označenim izvodima.

Ispitivanje tranzistora

Digitalni instrument se može iskoristiti kao da se na brz i jednostavan način provjeri jesu li spojevi tranzistora otvoreni ili kratko spojeni. Za ovaj test možemo promatrati tranzistor kao spoj dvije diode kao što je prikazano na slici i za PNP i NPN tranzistore. Spoj baza-kolektor je jedna dioda i spoj baza-emiter je druga dioda.

Slika 2.48. Zamjenski model tranzistora prilikom ispitivanja ispravnosti.

Ispravna je ona dioda koja će pokazati jako veliki otpor (otvorena dioda) kada je dioda reverzno polarizirana i jako mali otpor kada je dioda direktno polarizirana. Neispravna otvorena dioda će pokazati jako veliki otpor i za direktnu i za reverznu polarizaciju. Neispravna kratko spojena dioda će pokazati otpor nula ili jako mali otpor za direktnu i reverznu polarizaciju.

Mnogi digitalni instrumenti imaju položaj preklopnika za testiranje dioda koji omogućavaju provedbu testa za ispravnost tranzistora. Kada je instrument postavljen u položaj za testiranje dioda on daje unutarnji napon koji je dovoljan za reverznu i direktnu polarizaciju tranzistorskih spojeva. Mnogi instrumenti imaju različit unutrašnji napon, ali 2,5 do 3,5 je tipičan opseg vrijednosti napona.



Direktno polariziran spoj baza-emiter Reverzno polariziran spoja baza-emiter

Direktno polariziran spoj baza-kolektor Reverzno polariziran spoj baza-kolektor

Neispravan tranzistor prekid B-E ili B-C Neispravan tranzistor kratak spoj B-E ili B-C

Slika 2.49. Ispitivanje tranzistora pomoću digitalnog mjernog instrumenta.


www.etsbi.edu.ba

124

Stanje kada je tranzistor ispravan. Na slici 2.49a, crvena (pozitivna) sonda instrumenta je spojena na bazu NPN tranzistora, a crna (negativna) sonda je spojena na emiter tako da je spoj baza – emiter direktno polariziran. Ako je spoj dobar instrument će pokazati napon između 0,5 i 0,9, dok je napon od 0,7 tipičan napon za direktnu polarizaciju.

Na slici 2.49b sonde su zamijenile mjesta tako da je spoj baza-emiter reverzno polariziran. Ako tranzistor radi ispravno, instrument će pokazati očitanje napona koga stvara unutrašnji izvor napona. Napon od 2,6 predstavlja tipičnu vrijednost koja predstavlja da spoj ima jako veliki otpor. Postupak za provjeru spoja baza-kolektor se ponavlja kao što je prikazano na slici 2.49c i 2.49d.

NAPOMENA: Za PNP tranzistor polaritet sondi je suprotan za svaki test.

Stanje kada je tranzistor neispravan. Kada tranzistor ima grešku da je spoj otvoren, tada će se dobiti napon otvorenog kruga (2,6 je tipični napon za mnoge instrumente) i za direktnu i reverznu polarizaciju tog spoja kao što je prikazano na slici 2.49e. Ako je spoj kratko spojen instrument će pokazati 0 za direktnu i reverznu polarizaciju tog spoja, kao što je prikazano na slici 2.49f. Ponekad oštećeni spoj može imati mali otpor za obje polarizacije spoja umjesto čiste nule. U tom slučaju, instrument će pokazati mali napon koji je manji od napona za otvoren krug. Na primjer, takav spoj tranzistora će dati očitanje na instrumentu od 1,1 za obje polarizacije umjesto 0,7 za direktnu polarizaciju i 2,6 za reverznu polarizaciju.

NAPOMENA: Za PNP tranzistor polaritet sondi je suprotan za svaki test.

Provjera ispravnosti tranzistora sa ommetrom.

Digitalni instrumenti koji nemaju mogućnost provjere tranzistora sa testom za diode mogu se upotrijebiti za testiranje jesu li spojevi tranzistora otvoreni ili kratko spojeni, postavljanjem instrumenta u funkciju za mjerenje otpora. Za direktno polarizirani PN spoj kod dobrog tranzistora dobije se otpor koji se kreće od nekoliko stotina oma do nekoliko hiljada oma (ovaj otpor će zavisiti od baterije koja se nalazi u instrumentu). Za reverzno polariziran PN spoj kod ispravnog tranzistora dobije se otpor koji je izvan opsega (beskonačan otpor).

Slika 2.50. Ispitivanje ispravnosti tranzistora pomoću analognog ommetra.

Ako je otpor izvan opsega to znači da je reverzni otpor veoma veliki, kao što i očekujemo. Ako je otpor nekoliko stotina ili nekoliko hiljada oma za direktnu polarizaciju spoja to znači da je otpor mali u usporedbi sa otporom reverzno polariziranog spoja.



Ispitivanje i odre đivanje elektroda tranzistora

Ako ne znamo raspored pojedinih priključaka tranzistora, potrebno je najprije sa ommetrom pronaći koja je elektroda baza (baza je vodljiva prema ostalim elektrodama u jednom smjeru, a u drugom je nevodljiva). Zatim ispitamo dali je tranzistor NPN ili PNP tipa. Za ovo određivanje, pomoći ćemo se shemom tranzistora sa ekvivalentnim diodama.

PNP tip tranzistora (ommetar na mjerno podru čje x 100 Ω)

Kada smo pronašli bazu tranzistora, ommetar priključimo između nepoznatih elektroda, a između baze i negativnog priključka ommetra (crvena žica), priključimo otpornik od približno 45Ω. Ako ommetar pokaže vrijednost od 1 − 3Ω. Znači da je plus pol ommetra (crna žica) priključena na emiter, a minus (crvena žica) na kolektor.

NPN tip tranzistora (ommetar na mjerno podru čje x 100 Ω)

Kad smo pronašli bazu tranzistora, ommetar priključimo između nepoznatih elektroda, a između baze i pozitivnog priključka (crna žica) ommetra priključimo otpornik od približno 45Ω. Ako ommetar pokaže vrijednost od 1 − 3Ω, znači da je minus pol ommetra (crvena žica) priključen na emiter, a plus pol (crna žica) na kolektor.

Ukoliko pokazane vrijednosti prelaze preko gornjih granica vrijednosti otpora, priključke valja zamijeniti i mjerenje ponoviti.

Zadatak vježbe

• Odrediti, skicirati i označiti elektrode bipolarnih tranzistora koji su dati na radnom mjestu.

• Ispitati ispravnost bipolarnih tranzistora pomoću digitalnog i/ili analognog instrumenta koristeći tabele.


www.etsbi.edu.ba

126

Tabela 2.8. Ispitivanje ispravnosti bipolarnih tranzistora pomoću digitalnog instrumenta.

Redni broj

Tip tranzistora

8p½ [] 8pg [] Ispravnost Napomena

direktno reverzno direktno reverzno Da/Ne

1.

2.

3.

4.

5.

Tabela 2.9. Ispitivanje ispravnosti bipolarnih tranzistora pomoću ommetra.

Redni broj

Tip tranzistora

Sp½ [Ω] Spg [Ω] Ispravnost Napomena

direktno reverzno direktno reverzno Da/Ne

1.

2.

3.

4.

5.

Strujno naponske karakteristike bipolarnih tranzist ora

Bipolarni tranzistor sastoji se od tri poluvodielektrode. Slojevi i elektrode nazivaju se baza (B), emiter (E) i kolektor (C). S obzirom na raspored poluvodičkih slojeva tranzistori mogu biti NPN ili PNP tipa.

Budući da tranzistor ima tri elektrode, jedna se upotrebljava kao ulazna, druga kao izlazna, a treća je zajednička ulaznom i izlaznom strujnome krugu. Zajednimože biti bilo koja pa se u praksi primjenjuju sva tri nazajedničkog emitera, spoj zajednisvoje osobitosti koje ga čine prikladnim za odreupotrebljava spoj zajedničkog emitera pa primjene bipolarnih tranzistora.

Za praktičnu primjenu tranzistora potrebno je poznavati odnose izmenapona tranzistora. Proizvođačkarakteristike iz kojih se vide omjeri pojedinih strpojedinoga tipa tranzistora čine srednju vrijednost velikoga broja karakteristika istovrsnih tranzistora. Karakteristike pojedinih primjeraka istoga tipa tranzistora mogu jako odstupati od tipične karakteristike. Za praktikarakteristike tranzistora.

Ulazne karakteristike tranzistora u spoju zajedni

Slika 2.51. Snimanje ulaznih karakteristika tranzistora u spoju zajedni

Ulazne karakteristike tranzistora pokazuju meizmeđu baze i emitera 8p½ uz stalan napon počinje teći tek kad napon 8p½Promjena napona 8g½ vrlo malo utje

Strujno naponske karakteristike bipolarnih tranzistora

Strujno naponske karakteristike bipolarnih tranzist ora

tranzistor sastoji se od tri poluvodička sloja na koja su prikljuelektrode. Slojevi i elektrode nazivaju se baza (B), emiter (E) i kolektor (C). S obzirom na

kih slojeva tranzistori mogu biti NPN ili PNP tipa.

istor ima tri elektrode, jedna se upotrebljava kao ulazna, druga kao čka ulaznom i izlaznom strujnome krugu. Zajedni

može biti bilo koja pa se u praksi primjenjuju sva tri načina spajanja tranzistora: spoj zajedničke baze i spoj zajedničkoga kolektora

čine prikladnim za određene svrhe. U praksi se najčkog emitera pa će na njemu biti pokazana osnovna svojstva i

bipolarnih tranzistora.

nu primjenu tranzistora potrebno je poznavati odnose izmeđnapona tranzistora. Proizvođači tranzistora daju za svaki tip i osnovni spoj tzv.

iz kojih se vide omjeri pojedinih struja i napona tranzistora. Karakteristike pojedinoga tipa tranzistora čine srednju vrijednost velikoga broja karakteristika istovrsnih tranzistora. Karakteristike pojedinih primjeraka istoga tipa tranzistora mogu jako odstupati od

praktičnu primjenu najvažnije su ulazne, prijenosne

Ulazne karakteristike tranzistora u spoju zajedni čkog emitera

1. Snimanje ulaznih karakteristika tranzistora u spoju zajedničkog emitera.

istike tranzistora pokazuju međusobnu ovisnost struje baze uz stalan napon 8g½. Iz karakteristika se vidi da struja baze p½ ima određeni iznos (za silicijske tranzistore to je oko

vrlo malo utječe na iznos struje :p.


127 Strujno naponske karakteristike bipolarnih tranzistora

ka sloja na koja su priključene metalne elektrode. Slojevi i elektrode nazivaju se baza (B), emiter (E) i kolektor (C). S obzirom na

istor ima tri elektrode, jedna se upotrebljava kao ulazna, druga kao ka ulaznom i izlaznom strujnome krugu. Zajednička elektroda

ina spajanja tranzistora: spoj koga kolektora. Svaki spoj ima

ene svrhe. U praksi se najčešće e na njemu biti pokazana osnovna svojstva i

nu primjenu tranzistora potrebno je poznavati odnose između pojedinih struja i i tranzistora daju za svaki tip i osnovni spoj tzv. statičke

uja i napona tranzistora. Karakteristike ine srednju vrijednost velikoga broja karakteristika istovrsnih

tranzistora. Karakteristike pojedinih primjeraka istoga tipa tranzistora mogu jako odstupati od prijenosne i izlazne

kog emitera

čkog emitera.

usobnu ovisnost struje baze :p i napona . Iz karakteristika se vidi da struja baze

jske tranzistore to je oko 0,5).


www.etsbi.edu.ba

128

Slika 2.52. Ulazne karakteristike tranzistora u spoju zajedni

Omjer napona 8p½ i pripadne struje tranzistora Sp½. Njega treba razlikovati od otpora za izmjenidinamički ulazni otpor FÀ (engl. smallDinamički ulazni otpor može se dobiti iz ulaznih karakteristika tranzistora kao omjerpromjene napona između baze i emitera obzirom na zakrivljenost ulazne karakteristike otpor mijenjat :p.

Prijenosne karakteristike u spoju zajedni

Slika 2.53. Snimanje prijenosnih karakteristika tranzistora u spoju zajedni

Prijenosne karakteristike prikazuju meuz stalan napon 8g½. Prijenosne karakteristike tranzistora pokazuju da struja kolektora jako ovisi o struji baze :p. Što je struja baze ve


2. Ulazne karakteristike tranzistora u spoju zajedničkog emitera.

i pripadne struje :p istosmjerni je otpor izmeđ. Njega treba razlikovati od otpora za izmjeničnu struju koji se naziva

engl. small-signal input impedance) koji se često oznaki ulazni otpor može se dobiti iz ulaznih karakteristika tranzistora kao omjer

đu baze i emitera 8p½ i time izazvane male promjene struje baze obzirom na zakrivljenost ulazne karakteristike otpor mijenjat će se s promjenom struje baze

Prijenosne karakteristike u spoju zajedni čkog emitera

3. Snimanje prijenosnih karakteristika tranzistora u spoju zajednič

Prijenosne karakteristike prikazuju međusobni odnos struje kolektora . Prijenosne karakteristike tranzistora pokazuju da struja kolektora

. Što je struja baze veća, veća je i struja kolektora.

kog emitera.

istosmjerni je otpor između baze i emitera čnu struju koji se naziva

često označava s ℎu. ki ulazni otpor može se dobiti iz ulaznih karakteristika tranzistora kao omjer male

i time izazvane male promjene struje baze :p. S e se s promjenom struje baze

3. Snimanje prijenosnih karakteristika tranzistora u spoju zajedničkog emitera.

usobni odnos struje kolektora :g i struje baze :p . Prijenosne karakteristike tranzistora pokazuju da struja kolektora :g

a je i struja kolektora.



Slika 2.54. Prijenosna karakteristika tranzistora u spoju zajedničkog emitera.

Iz prijenosne karakteristike tranzistora vidi se da mala promjena ulazne struje, tj. struje baze :p uzrokuje znatnu promjenu izlazne struje, tj. struje kolektora :g, što znači da je tranzistorom moguće postići strujno pojačanje. Omjer struje kolektora :g prema struji baze :p uz stalan napon 8g½ naziva se faktor istosmjernoga strujnoga pojačanja (engl. DC current gain) i označava s ℎ½ ili B. Omjer promjene struje kolektora :g i promjene struje baze :p koja je uzrokovala promjenu struje kolektora naziva se faktor izmjeničnoga strujnoga pojačanja (engl. small-signall current gain) i označava s ℎ@ ili ¾.

Na iznos obaju faktora utječe napon 8g½, struja :g i temperatura. S porastom struje kolektora :g oba faktora rastu do određenog iznosa, a zatim se smanjuju. Za struje reda veličine nekoliko desetaka do stotinu miliampera faktori ℎ½ i ℎ@ malo se razlikuju i mogu se smatrati jednakima.

Slika 2.55. Ovisnost faktora strujnog pojačanja o struji kolektora.

Potrebno je napomenuti da pojedini uzorci istoga tipa tranzistora imaju vrlo različite vrijednosti faktora pojačanja koje se često međusobno razlikuju i nekoliko puta. Stoga karakteristike proizvođača mogu poslužiti samo kao osnovna informacija, a za stvarne karakteristike i parametre, ako je potrebno, izvodi se snimanje i mjerenje za svaki uzorak.


www.etsbi.edu.ba

130

Izlazne karakteristike tranzistora u spoju zajedni

Slika 2.56. Snimanje izlaznih karakteristika tranzistora u spoju zajedni

Izlazne karakteristike tranzistora u spoju zajednikolektorske struje :g o naponu izme

Slika 2.57. Izlazne karakteristike tranzistora u spoju zajedni

Iz karakteristika se vidi da se za male napone milivolta, struja kolektora :g vrlo naglo mijenja. To se podruDaljnjim povećanjem napona naziva se aktivno područje.

Povećanje napona 8g½ preko odrekoja prekomjerno grije tranzistor pa dolazi do proboja u unutarnjoj strukturi tranzistora što može dovesti do njegova uništenja.

Uz struju baze :p = 0 tečse preostala struja kolektora reda veličine nekoliko mikroampera imože praktički zanemariti pa se kaže da je tranzistor u

Omjer male promjene struje kolektora promjenu kolektorske struje uz stalnu stranzistora ¡ (engl. smallvodljivosti jest izlazni dinamički otporza tranzistor u spoju zajedničkilooma. Treba razlikovati izlazni dinamiSg½ za određeni iznos struje i napona.


Izlazne karakteristike tranzistora u spoju zajedni čkog emitera

6. Snimanje izlaznih karakteristika tranzistora u spoju zajedničkog

Izlazne karakteristike tranzistora u spoju zajedničkog emitera pokazuju ovisnost o naponu između kolektora i emitera 8g½ i struji baze

7. Izlazne karakteristike tranzistora u spoju zajedničkog emitera.

z karakteristika se vidi da se za male napone 8g½, koji iznose tipično nekoliko stotina vrlo naglo mijenja. To se područje naziva podru

anjem napona 8g½ struja kolektora :g mijenja se vrlo malo. Ovo podru

preko određene vrijednosti uzrokuje nagli porast struje kolektora koja prekomjerno grije tranzistor pa dolazi do proboja u unutarnjoj strukturi tranzistora što

esti do njegova uništenja.

teče kroz tranzistor vrlo mala kolektorska struja. Ta struja naziva :g½ (engl. collector cut-off current) i za silicijske tranzistore je

ine nekoliko mikroampera ili manje. Stoga se ona, kod normalnih temperatura, ki zanemariti pa se kaže da je tranzistor u području zapiranja.

Omjer male promjene struje kolektora :g i male promjene napona 8g½promjenu kolektorske struje uz stalnu struju baze, čini izlaznu dinami

engl. small-signall output admitance). Recipročna vrijednost izlazne izlazni dinamički otpor FÁ tranzistora. Vrijednosti dinamičkog izlaznoga otpora

zajedničkog emitera kreću se u granicama od desetak do stotinjak kilooma. Treba razlikovati izlazni dinamički otpor od omjera 8g½ :g½⁄ koji je istosmjerni otpor

eni iznos struje i napona.

kog emitera

6. Snimanje izlaznih karakteristika tranzistora u spoju zajedničkog emitera.

kog emitera pokazuju ovisnost i struji baze :p.

kog emitera.

, koji iznose tipično nekoliko stotina područje zasićenja.

mijenja se vrlo malo. Ovo područje

ene vrijednosti uzrokuje nagli porast struje kolektora koja prekomjerno grije tranzistor pa dolazi do proboja u unutarnjoj strukturi tranzistora što

e kroz tranzistor vrlo mala kolektorska struja. Ta struja naziva ) i za silicijske tranzistore je

li manje. Stoga se ona, kod normalnih temperatura, .

g½ koji je uzrokovao izlaznu dinamičku vodljivost

čna vrijednost izlazne čkog izlaznoga otpora

u se u granicama od desetak do stotinjak koji je istosmjerni otpor



Slika 2.58. Određivanje parametara tranzistora iz izlaznih karakteristika.

Sve što je rečeno o radu i karakteristikama NPN tranzistora vrijedi i za PNP tranzistore, ali uz promijenjeni polaritet napona i smjer struja u odnosu na NPN tranzistore.

Tvorni čki podaci

U tvorničkim podacima proizvođači daju informacije o izvedbi i svojstvima tranzistora pomoću slika, tablica, dijagrama i shema. Najvažniji podaci su oblik i dimenzije kućišta, raspored priključaka, faktor strujnoga pojačanja i frekvencijsko područje rada, te najveće dopuštene vrijednosti struje, napona, utroška snage i radne temperature.

Najveći dopušteni naponi 8gp i 8g½ kreću se od nekoliko desetaka volta kod tranzistora malih snaga pa do nekoliko stotina i više volta kod tranzistora velikih snaga. Tipične dopuštene vrijednosti napona 8½p iznose oko 5. Ako u sklopovima postoji mogućnost pojave većega napona 8½p, potrebno je zaštititi spoj baza-emiter tranzistora. Najveće dopuštene vrijednosti kolektorske struje iznose od nekoliko desetaka miliampera do nekoliko desetaka i više ampera, što ovisi o snazi tranzistora, tj. dopuštenom utrošku snage. Iznosi dopuštenog utroška snage iznose od nekoliko stotina milivata do stotinu i više vata kod tranzistora snage.

Osim toga, tvornički podaci sadrže i podatke o uvjetima pod kojima su mjerene pojedine karakteristične veličine. Kako većina podataka za isti tip tranzistora varira u velikome rasponu, u tvorničkim podacima obično se daje tipičan podatak ili najveća i najmanja moguća vrijednost.

Uz ostale podatke potrebno je posebno spomenuti vrijednosti napona 8p½ i 8g½ za tranzistor u zasićenju. Napon 8p½vQ (engl. saturation voltage p½QK) iznosi za silicijske tranzistore 0,7 − 0,8. Napon 8g½vQ (engl. g½QK) kreće se u rasponu 0,1 − 0,3 za silicijske tranzistore, ali može imati vrijednosti i veće od volta kod snažnih tranzistora. Vrijednosti za preostale struje kolektora :g½ kreću se na normalnoj temperaturi od nekoliko desetinki mikroampera do nekoliko mikroampera. No kod snažnih tranzistora mogu imati vrijednost od nekoliko miliampera.


www.etsbi.edu.ba

132

Zadatak vježbe

• Snimiti ulaznu strujno naponsku karakteristiku tranzistora prema shemi i zadanim vrijednostima u tabeli. Grafički predstaviti ulaznu karakteristiku u pravilnoj razmjeri i posebno označiti svaku od krivi karakteristike.

Slika 2.59. Shema za snimanje ulaznih karakteristika tranzistora.

Tabela 2.10. Vrijednosti napona 8p½ i struje :p za različite vrijednosti parametra 8g½ .

a) 8g½ = 0

8p½ [] 0 0,2 0,4 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8

:p[b+]

a) 8g½ = 3

8p½ [] 0 0,2 0,4 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8

:p[b+]

b) 8g½ = 6

8p½ [] 0 0,2 0,4 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8

:p[b+]

c) 8g½ = 9

8p½ [] 0 0,2 0,4 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8

:p[b+]



Ulazne karakteristike tranzistora.

• Snimiti prijenosnu strujno naponsku karakteristiku tranzistora prema shemi i zadanim vrijednostima u tabeli. Grafički predstaviti prijenosnu karakteristiku u pravilnoj razmjeri.

Slika 2.60. Shema za snimanje prijenosne karakteristike tranzistora.

Tabela 2.11. Vrijednosti struja :p i :g, uz parametar 8g½ = 6.

:p[b+] 0 10 20 30 40 50 60

:g [*+]


www.etsbi.edu.ba

134

Prijenosne karakteristike tranzistora.

• Snimiti izlaznu strujno naponsku karakteristiku tranzistora prema shemi i zadanim vrijednostima u tabeli. Grafički predstaviti izlaznu karakteristiku u pravilnoj razmjeri i posebno označiti svaku od krivi karakteristike.

Slika 2.61. Shema za snimanje izlaznih karakteristika.

Tabela 2.12. Vrijednosti napona 8g½ i struje :g za različite vrijednosti parametra :p.

a) :p = 0b+

8g½ [] 0 0,1 0,25 0,5 1 2 3 4 5 6 8

:g [*+]

b) :p = 20b+

8g½ [] 0 0,1 0,25 0,5 1 2 3 4 5 6 8

:g [*+]



a) :p = 40b+

8g½ [] 0 0,1 0,25 0,5 1 2 3 4 5 6 8

:g [*+]

c) :p = 60b+

8g½ [] 0 0,1 0,25 0,5 1 2 3 4 5 6 8

:g [*+]

Izlazne karakteristike tranzistora.

Pojačalo u spoju zajedni

Pojačala s bipolarnim tranzistorima mogu poslužiti za pojagain), pojačanje napona (engl. voltage gaintome koja je od elektroda tranzistora zajednise tri osnovna spoja pojačala, svaki s tipiodređenu uporabu. Ti spojevi jesu:

- pojačalo u spoju zajednič- pojačalo u spoju zajednič- pojačalo u spoju zajednič

Osnovne su značajke pojafrekvencijsko područje rada te fazni odnosi signala na izlazu i ulazu poja

- Strujno poja čanje Aopteretni otpor) i ulazne struje

- Naponsko poja č

opteretnom otporu) i ulaznoga napona

- Pojačanje snage Aotporu spojenomu na izlaz

Iz praktičnih razloga pojač

Ako se želi da tranzistor radi kao pojapodručju rada tranzistora, tj. izmeosiguravaju izvor 8pp i otpornik

Slika 2.62. Pojačalo u spoju zajedni

Pojačalo u spoju zajedničkog emitera

alo u spoju zajedni čkog emitera

ala s bipolarnim tranzistorima mogu poslužiti za pojačanje struje (engl. voltage gain) i pojačanje snage (engl. power gain

tome koja je od elektroda tranzistora zajednička ulaznom i izlaznom krugu pojačala, svaki s tipičnim osobinama koje ga č

enu uporabu. Ti spojevi jesu:

alo u spoju zajedničkog emitera (engl. common-emitter amplifieralo u spoju zajedničkoga kolektora (engl. common-collector amplifieralo u spoju zajedničke baze (engl. common-base amplifier)

čajke pojačala strujno i naponsko pojačanje, ulazni i izlazni otpor i je rada te fazni odnosi signala na izlazu i ulazu pojačala.

čanje A i - omjer je izlazne struje pojačala -uv (struja koja teor) i ulazne struje -e.

Naponsko poja čanje A u - omjer je izlaznoga napona 0uv (izmjeniopteretnom otporu) i ulaznoga napona 0e.

anje snage A p - omjer je izlazne snage uv koja se dobije na opteretnom otporu spojenomu na izlaz pojačala i privedene snage signala na ulazu

nih razloga pojačanje se često izražava decibelima.

+u = uÂÃuÄÅ +u = 20 ∙ ÆuÂÃuÄÅÇ617

+e eÂÃeÄÅ +e 20 ∙ ÆeÂÃeÄÅÇ617 + ÂÃÄÅ + 10 ∙ ÆÂÃÄÅÇ617

Ako se želi da tranzistor radi kao pojačalo, radna točka tranzistora mora biti u aktivnom ju rada tranzistora, tj. između zasićenja i zapiranja. Te radne uvjete tranzistoru

ik Sp u krugu baze i izvor 8gg i otpornik Sg u krugu kolektora.

alo u spoju zajedničkog emitera i valni oblici napona na poja


137 Pojačalo u spoju zajedničkog emitera

čanje struje (engl. current engl. power gain). Ovisno o

ka ulaznom i izlaznom krugu pojačala razlikuju nim osobinama koje ga čine pogodnim za

emitter amplifier) collector amplifier)

anje, ulazni i izlazni otpor i čala.

(struja koja teče kroz

(izmjenični napon na

koja se dobije na opteretnom ala i privedene snage signala na ulazu e.

ka tranzistora mora biti u aktivnom enja i zapiranja. Te radne uvjete tranzistoru

u krugu kolektora.

kog emitera i valni oblici napona na pojačalu.


www.etsbi.edu.ba

138

Napon 8pp stvara između baze i emitera istosmjerni napon tjera struju baze :p koja drži tranzistor u aktivnom podruemitera 8g½ = 4,6 (približno pola napona napajanja

Signal 8e uzrokovat će promjenu napona izmestruja baze :p u ritmu ulaznog signala. Ovu promjenu tranzistor strujnom krugu (krugu kolektora) znatno vekolektora mijenja se i pad napona na otporu napona 8g½ 4,6 u ritmu ulaznoga signala. Iz omjera izlaznoga napona ulaznoga napona 8e vidljivo je da je ostvareno naponsko poja

Ulazni i izlazni signali su u protufazi, tj. rastupadajuću promjenu na izlazu i obratno. Za razumijevanje rada pojaradne točke pojačala pogodna je grafi

Slika 2.63. Prikaz djelovanja poja

Napon izvora 8gg, koji tjera struju na tranzistoru 8g½ i pad napona na otporniku dva elementa dobije se crtanjem njkarakteristike, a za otpornik Sg

Potrebnu struju baze :ptranzistora, postiže se izvorom


đu baze i emitera istosmjerni napon 8p½ (oko koja drži tranzistor u aktivnom području pa je napon izme(približno pola napona napajanja 8gg).

će promjenu napona između baze i emitera 8p½u ritmu ulaznog signala. Ovu promjenu tranzistor će pojačati i dati u izlaznome

strujnom krugu (krugu kolektora) znatno veće promjene struje kolektora :gkolektora mijenja se i pad napona na otporu Sg. Zato se napon 8g½ mijenja oko vrijednosti

u ritmu ulaznoga signala. Iz omjera izlaznoga napona vidljivo je da je ostvareno naponsko pojačanje.

Ulazni i izlazni signali su u protufazi, tj. rastuća promjena napona na ulazu izaziva u promjenu na izlazu i obratno. Za razumijevanje rada pojačala i odabir elemenata i

ala pogodna je grafička metoda analize rada sklopova (slika

. Prikaz djelovanja pojačala na karakteristikama pojačala.

, koji tjera struju :g kroz otpornik Sg i tranzistor, dijeli se na pad napona i pad napona na otporniku :gSg. Međusobni omjer padova napona na ta

dva elementa dobije se crtanjem njihovih karakteristika. Za tranzistor su to izlazne g to je pravac određen jednadžbom:

8gg 8g½ Z :gSg

p, koja će osigurati radnu točku u aktivnomu podrutranzistora, postiže se izvorom 8pp i otpornikom Sp u krugu baze:

8pp :pSp Z 8p½ :p _ÈÈ(_ÈÉ^È

(oko 0,66). Taj napon ju pa je napon između kolektora i

p½. Time se mijenja i čati i dati u izlaznome g. Promjenom struje

mijenja oko vrijednosti u ritmu ulaznoga signala. Iz omjera izlaznoga napona 8uv 8g½ i

ena napona na ulazu izaziva čala i odabir elemenata i

ka metoda analize rada sklopova (slika 2.63).

karakteristikama pojačala.

i tranzistor, dijeli se na pad napona usobni omjer padova napona na ta

ihovih karakteristika. Za tranzistor su to izlazne

ku u aktivnomu području rada

Napon 8p½ iznosi za silicijske radni pravac i radna točka određrada, nazivaju se statički radni pravac i statinajveći hod izlaznoga signala može dobiti ako je radna topodručja.

Slika 2.

Izvor 8pp može se nadomjestiti spajanjem otpornika radni uvjeti pojačala ostanu isti (slika

Na taj se način izbjegla potreba za dva izvodjeljivanja izvora istosmjernoga napona napajanja od ulaza i izlaza poja

Stabilizacija radne to čke

S obzirom na rasipanje karakteristika tranzistora, njihovu ovisnost o temperaturi i mogućnost neželjene promjene iznosa napona napajanja, lako je mogupomicanja položaja radne točke pojaradna točka pojačala može se postiUmjesto otpornika Sp struju baze odre

Ako dođe do neželjene promjene napona smanjenje struja :p i :g, tj. promijenit struje emitera :½. Struja :½ stvara pad napona na otporniku smanjenje pada napona na otporu Dakle, djelovanje otpornika radnu točku.

Slika


iznosi za silicijske tranzistore tipično 0,65 ] 0,7. S obzirom na to da su čka određeni bez signala na ulazu pojačala, tj. za isčki radni pravac i statička radna točka. Iz slike 2

i hod izlaznoga signala može dobiti ako je radna točka pojačala u sredini aktivnog

.64. Pojačalo s jednim izvorom napona napajanja.

može se nadomjestiti spajanjem otpornika Sp na napon napajanja ala ostanu isti (slika 2.64). Pri tome je:

8gg :pSp Z 8p½ :p _(_ÈÉ^È

in izbjegla potreba za dva izvora napajanja. Kondenzatori odjeljivanja izvora istosmjernoga napona napajanja od ulaza i izlaza pojačala.

čke

S obzirom na rasipanje karakteristika tranzistora, njihovu ovisnost o temperaturi i nost neželjene promjene iznosa napona napajanja, lako je moguć

pomicanja položaja radne točke pojačala i bez prisutnosti signala na ulazu. Znatno stabilnijala može se postići spajanjem otpornika S½ u krug emitera (slika

struju baze određuje otporno djelilo S> i SH.

e do neželjene promjene napona 8p½, npr. smanjenja, to , tj. promijenit će se položaj radne točke. Zbog toga

stvara pad napona na otporniku S½ koji se takođotporu S½ znači malo povećanje napona 8p½

Dakle, djelovanje otpornika S½ prigušuje prvobitne promjene, odnosno održava stabilnu

Slika 2.65. Pojačalo s otporom u krugu emitera.



. S obzirom na to da su ala, tj. za istosmjerne uvjete

2.63 vidi se da se čala u sredini aktivnog

napajanja.

na napon napajanja 8gg a da

ora napajanja. Kondenzatori imaju zadaću čala.

S obzirom na rasipanje karakteristika tranzistora, njihovu ovisnost o temperaturi i nost neželjene promjene iznosa napona napajanja, lako je moguće da dođe do

ala i bez prisutnosti signala na ulazu. Znatno stabilnija u krug emitera (slika 2.65).

, npr. smanjenja, to će uzrokovati ke. Zbog toga će se smanjiti i

koji se također smanjuje. To p½, a time i struje :p.

prigušuje prvobitne promjene, odnosno održava stabilnu


www.etsbi.edu.ba

140

Za ulazni strujni krug vrijede jednadžbe:

8pp − 8p½ = :pSp Z :½S½

:p = :½Y1 Z ℎ½[ Sp = S>SHS> Z SH

8pp = 8ggSHS> Z SH

iz kojih se dobiju izrazi za struju kolektora:

:g ≈ :½ = 8pp − 8p½S½ Z Sp1 Z ℎ½

Ako je S½ puno veće od Sp Y1 Z ℎ½[⁄ , radna točka praktički ne ovisi o faktoru istosmjernoga strujnoga pojačanja ℎ½, jer tada je Sp Y1 Z ℎ½[⁄ zanemarivo prema S½ pa za struju kolektora :g i napon 8g½ vrijedi:

:g ≈ :½ = 8pp − 8p½S½

8g½ = 8gg − :gSg − :½S½

Otpornik S½ povezuje međusobno izlazni i ulazni dio pojačala, tj. ostvaruje povratno djelovanje izlaza na ulaz. To djelovanje naziva se povratna veza ili reakcija. Kako je djelovanje izlazne promjene suprotno djelovanju ulazne promjene, ta se povratna veza naziva negativna povratna veza. Otpornik S½ će na isti način kako djeluje na promjene istosmjerne struje, djelovati i na promjene uzrokovane izvorom signala koji se želi pojačati. Dakle otpornik S½ prigušit će i promjene ulaznoga napona i struje što se manifestira kao slabljenje pojačanja. Da se to djelovanje izbjegne, spaja se paralelno otporniku kondenzator dovoljno velikoga kapaciteta ½ (reda veličine stotinu i više mikrofarada). Taj je kondenzator kratki spoj za izmjenični signal koji se pojačava. Tako izmjenična struja ne prolazi kroz S½ pa za izmjenični signal nema povratne veze, odnosno slabljenja pojačanja.

U ovome slučaju statički radni pravac pojačala određen je iznosom zbroja otpora Sg i S½ i razlikuje se od tzv. dinamičkoga radnog pravca kojeg određuje samo otpor za izmjeničnu struju, u ovom slučaju Sg. Dinamički radni pravac pokazuje u kojemu se rasponu mogu kretati izlazni naponski i strujni signali.

Slika 2.66. Statički i dinamički radni pravac.

Za najveći mogući hod izlaznoga signala kod ovakvoga pojačala mora statička radna točka biti pomaknuta od sredine ulijevo tako da su ispunjeni uvjeti:

:p = _H^y^É 8g½ = _

HyËÉË

Amplitudno- frekvencijska karakteristika poja

Grafički prikaz ovisnosti pojase amplitudno-frekvencijska karakteristika pojalogaritamskomu mjerilu kako bi se mogao prikazati cjelokupan raspon frekvencija u području promatra rad pojačala.

Iz frekvencijske karakteristike pojadolazi do slabljenja pojačanja pojaputa u odnosu prema pojačanju srednjih frekvencija nazivaju se donfrekvencija pojačala. Ako se pojakojima se pojačanje smanji za

Slika 2.67. Primjer amplitudno

Do slabljenja pojačanja na niskim frekvencijama dolazi zbog kondenzatora u sklopu pojačala (vezni kondenzatori kondenzatora, iako većih iznosa, su za signale niskih frekvencija znatan otpor zbog slabi pojačanje.

Na visokim frekvencijama dolaze do izražaja kapacitivnosti koje međusobno predočiti kondenzatorima paralelno vezanima na ulazu i izlazu pojavisokim frekvencijama mali pa se zato smanjuje pojaulaznom ili izlaznom krugu može se sniziti gornju grani


frekvencijska karakteristika poja čala

ki prikaz ovisnosti pojačanja pojačala o frekvenciji signala koji se pojafrekvencijska karakteristika pojačala. Frekvencije se najč

logaritamskomu mjerilu kako bi se mogao prikazati cjelokupan raspon frekvencija u čala.

Iz frekvencijske karakteristike pojačala vidi se da kod signala niskih i visokih frekvencija čanja pojačala. Frekvencije na kojima se pojačanje smanji za čanju srednjih frekvencija nazivaju se donja i gornja grani

ala. Ako se pojačanje izražava decibelima, granične frekvencije su one na anje smanji za 31.

. Primjer amplitudno-frekvencijske karakteristike pojačala.

čanja na niskim frekvencijama dolazi zbog kondenzatora u sklopu ala (vezni kondenzatori i kondenzator u krugu emitera

ćih iznosa, su za signale niskih frekvencija znatan otpor zbog

Na visokim frekvencijama dolaze do izražaja parazitne kapacitivnostiđusobno čine elektrode tranzistora. Njihovo djelovanje može se

iti kondenzatorima paralelno vezanima na ulazu i izlazu pojačala. Njihov otpor je na visokim frekvencijama mali pa se zato smanjuje pojačanje. Dodavanjem kondenzatora u ulaznom ili izlaznom krugu može se sniziti gornju graničnu frekvenciju na željeni iznos.



ala o frekvenciji signala koji se pojačava naziva ala. Frekvencije se najčešće nanose u

logaritamskomu mjerilu kako bi se mogao prikazati cjelokupan raspon frekvencija u čijem se

ala vidi se da kod signala niskih i visokih frekvencija ala. Frekvencije na kojima se pojačanje smanji za √2

ja i gornja granična čne frekvencije su one na

frekvencijske karakteristike pojačala.

anja na niskim frekvencijama dolazi zbog kondenzatora u sklopu ½). Kapaciteti tih ih iznosa, su za signale niskih frekvencija znatan otpor zbog čega

parazitne kapacitivnosti tranzistora. To su ine elektrode tranzistora. Njihovo djelovanje može se

čala. Njihov otpor je na davanjem kondenzatora u

nu frekvenciju na željeni iznos.


www.etsbi.edu.ba

142

Zadatak vježbe

• Proučiti tvorničke podatke tranzistora BC107 i navesti iznose dopuštenih napona 8g½, struje :g i faktora strujnog pojačanja.

• Izračunati vrijednosti struja baze, kolektora, emitera i napone 8g½, 8^H, 8^½ pojačala sa sljedeće slike i unijeti vrijednosti u tabelu.

Slika 2.68. Shema za proračun statičke radne točke pojačala.

Tabela 2.13. Vrijednosti statičke radne točke pojačala.

8g½ [] 8p½ [] 8^½ [] 8^g [] :p[b+] :½ [*+] :g [*+]



• Izmjeriti naponsko pojačanje pojačala uz ulazni napon amplitude 10* i frekvencije 1;<. Osciloskopom promatrati napon na ulazu i izlazu pojačala i nacrtati njihove dijagrame.

Slika 2.69. Shema pojačala u spoju zajedničkog emitera.

Ulazni napon (timebase 1 ms/Div, chanel A 10 mV/Div).

Izlazni napon (timebase 1 ms/Div, chanel B 1 V/Div).


www.etsbi.edu.ba

144

• Izmjeriti naponsko pojačanje pojačala uz amplitudu ulaznog napona 100*. Osciloskopom promatrati napon na ulazu i izlazu pojačala i nacrtati njihove dijagrame. Kakav je utjecaj amplitude ulaznog napona na oblik izlaznog napona pojačala?

Ulazni napon (timebase 1 ms/Div, chanel A 100 mV/Div).

Izlazni napon (timebase 1 ms/Div, chanel B 5 V/Div).



• Izmjeriti pojačanje opterećenog pojačala (S = 3,3Ω) prema masi uz ulazni napona amplitude 10* i frekvencije 1;<. Kako opterećenje utječe na iznos naponskog pojačanja pojačala?

Slika 2.70. Shema opterećenog pojačala u spoju zajedničkog emitera.

• Izmjeriti pojačanje opterećenog pojačala za frekvencije u rasponu od 200;< do 20,;< uz ulazni napon amplitude 10*. Rezultate mjerenja unijeti u tabelu. Na osnovu izmjerenih vrijednosti nacrtati frekvencijsku karakteristiku pojačala i odrediti gornju i donju graničnu frekvenciju.

Slika 2.71. Shema za snimanje amplitudno-frekvencijskih karakteristika pojačala.


www.etsbi.edu.ba

146

Tabela 2.14. Vrijednosti

=[;<] 0,2 1 2

8U[]

+e[1]

Frekvencijska karakteristika poja


+e = 20 8U8_~ 617

. Vrijednosti pojačanja pojačala za različite frekvencije ulaznog napona.

10 20 100 200 1000 2000

Frekvencijska karakteristika pojačala.

ite frekvencije ulaznog napona.

2000 10000 20000


147 Literatura

Literatura

[1] Akšamović Abdulah, Praktikum elektronike i elektrotehnike, ETF Sarajevo, 2008. [2] Bednjanec Andrea, Merki Ivan, Mjerenja u elektrotehnici – zbirka laboratorijskih vježbi, Element Zagreb, 2009.

[3] Bego Vojislav, Mjerenja u elektrotehnici, Tehnička knjiga Zagreb, 1990.

[4] Bird John, Electrical Circuit Theory and Technology - Fourth Edition, Elsevier Ltd., 2010.

[5] Butković Željko, Divković Pukšec Julijana, Barić Adrijan, Elektronika 1, FER ZEMRIS Zagreb, 2006.

[6] Cigić Pero, Osnovi elektrotehnike za II razred elektrotehničke struke, Svjetlost Sarajevo, 1990.

[7] Krstić Vladimir D., Krstić Željko V., Mala škola elektronike V-deo, 2003.

[8] Malešević Ljubo, Osnove elektrotehnike - repetitorij s laboratorijskim vježbama, Veleučilište u Splitu, 2001.

[9] Paunović Stanko, Elektronički sklopovi, Element Zagreb, 2009.

[10] Pejović Predrag, Princip rada i primena osciloskopa, Elektrotehnički fakultet u Beogradu, 1999.

[11] Ristić Stojan, Elektronske komponente, Elektronski fakultet Niš, 2010.

[12] Scherz Paul, Practical Electronics for Inventors, McGraw-Hill, 2000.

[13] Šarčević Antun, Elektroničke komponente i analogni sklopovi, Tehnička škola Ruđera Boškovića Zagreb, 1996.

Documents

Praktikum za drugi razred elektrotehničara v2