Rifat Ramovic - Praktikum Iz Konstruisanja Elektronskih Uredjaja

Rifat Ramović Vitomir Milanović Sedat Širbegović

PPRRAAKKTTIIKKUUMM iizz

KKOONNSSTTRRUUIISSAANNJJAA EELLEEKKTTRROONNSSKKIIHH UURREEĐĐAAJJAA

Beograd 2005. god.

Dr. Rifat Ramović Dr. Vitomir Milanović Dr. Sedat Širbegović

PPRRAAKKTTIIKKUUMM iizz

KKOONNSSTTRRUUIISSAANNJJAA EELLEEKKTTRROONNSSKKIIHH UURREEĐĐAAJJAA

Recezenti:

Dr. Jovan Radunović, prof. Dr. Milenko Cvetinović, doc.

Izdavač:

Katedra za mikroelektroniku i tehničku fiziku

Tehnička obrada:

Nemanja Đoković, dipl. ing.

Beograd 2005. god.

PPRREEDDGGOOVVOORR

Konstruisanje elektronskih uređaja je vrlo složen, delikatan i odgovoran posao. Za

to je potrebno široko znanje ne samo iz velikog broja elektrotehničkih disciplina nego i iz drugih oblasti nauke i tehnike. Stoga se za konstrukciju elektronskih uređaja angažuju timovi vrsnih stručnjaka različitih profila. Jedino se tako može doći do valjanih konstrukcionih rešenja jer se pred konstruktore postavalja veliki broj zahteva koje nije lako ispuniti. Postoji i niz pravila kojih se konstruktor mora pridržavati u procesu konstruisanja elektronskih uređaja, kako bi taj uređaj radio sa traženom tačnošću. Takođe, postoje i faze u konstrukciji kojima treba posvetiti posebnu pažnju ako se želi da uređaj ima visoke performanse. Nalaženje optimalnog rešenja na osnovu oprečnih zahteva za što bolje performanse uređaja, sa jedne strane i što niže cene, sa druge strane, nije ni malo jednostavno.

Da bi uređaj bio visokog kvaliteta, pri konstrukciji mora da se zna u kakvom će okruženju taj uređaj raditi, odnosno potrebno je razmotriti njegov rad i ponašanje pri zadatim klimatskim i ostalim uslovima okruženja.

Razrada konstrukcije vrši se postepeno i po etapama, a kao rezultat razrade pojavljuje se odgovarajuća konstrukciona dokumentacija. Pri tome se mora poći od materijala na bazi kojih su sačinjeni elementi elektronskih uređaja i upoznati se sa performansama tih elemenata. Dakle, potrebno je poznavati konstruktivne karakteristike svih elemenata, počev od otpornika, kondenzatora, kalemova, relea i transformatora, preko diskretnih poluprovodničkih komponenata do integrisanih kola i sistema (naprava) proizvoljne složenosti. Takođe je potrebno znati kako se ti elementi montiraju na štampanim pločama i drugim podlogama i kako se mogu međusobno povezivati da bi se ostvario prvi korak u realizaciji elektronskog uređaja.

Kada se završi faza konstruisanja, koja obezbeđuje radnu funkciju elektronskog uređaja, pristupa se rešavanju problema zaštite kako sastavnih delova tako i kompletnog uređaja. Pri tome je neophodno obezbediti adekvatnu zaštitu od pregrevanja, od unutrašnjih i spoljašnjih smetnji kao i od mehaničkih dejstava.

U toku čitavog procesa konstruisanja uređaja potrebno je voditi računa da se mora ostvariti njegova zahtevana pouzdanost i odgovarajuća pogodnost održavanja. U tom cilju je potrebno izvršiti dobru alokaciju pouzdanosti na sastavne delove i pridržavati se često preporučivanih pravila konstruisanja sa aspekta pouzdanosti i sa aspekta pogodnosti održavanja.

Aspekti konstruisanja uređaja zavise ne samo od zahteva koji se postavljaju pred uređajem nego i od namene i vrste proizvodnje (masovna, serijska, pojedinačna).

Osnovu ove knjige čine predavanja koja su autori držali na Elektrotehničkom

fakultetu u Beogradu, Elektrotehničkom fakultetu u Banjaluci i Vojnoj vazduhoplovnoj akademiji u Beogradu.

Knjiga je namenjena u prvom redu studentima elektrotehnike, a može korisno da posluži i studentima drugih fakulteta i viših škola, kao i stručnjacima koji se u praksi bave problematikom konstruisanja uređaja. Knjiga ima inženjerski pristup problematici

pri čemu se smatra da korisnici (čitaoci) poseduju odgovarajuća potrebna znanja iz oblasti vezanih za elektronske uređaje.

Kompletna materija prezentirana u knjizi podeljena je u dva dela. Prvi deo se bavi zahtevima koji se postavljaju pri konstrukciji elektronskih uređaja i načinima realizacije tih zahteva. Drugi deo je posvećen konstrukciji i karakterizaciji elemenata (sastavnih delova) elektronskih uređaja. Normalno, ta navedena dva dela čine jedinstvenu celinu, jer konstruisati uređaje mogu samo stručnjaci koji dobro poznaju sastavne delove tih uređaja.

Koristimo priliku da se zahvalimo recezentima prof. Dr. Jovanu Radunoviću i

doc. Dr. Milenku Cvetinoviću na stručno obavljenoj recenziji i korisnim sugestijama. Takođe se zahvaljujemo dipl. ing. Nemanji Đokoviću za kvalitetnu tehničku obradu.

Autori se unapred zahvaljuju svima koji ukažu na propuste, gerške i nedostatke u ovoj knjizi. Beograd 2005. god. Autori

* * *

Praktukum iz konstruisanja elektronskih uređaja ima za cilj da studente elektrotehničkog fakulteta upozna sa zahtevima koji se postavljaju pred konstruktore tih uređaja i problemima koje konstruktori treba da reše ne ulazeći u načine i postupke rešavanja tih problema. To je samo uvid u jednu složenu problematiku koji treba da bude izazov mladim ljudima da se njome bave i u njoj nađu način oplemenjenja svog naučnog i stručnog znanja.

i

SSAADDRRŽŽAAJJ

I DEO.....................................................................................................................................................................1 1. UVOD U KONSTRUISANJE ELEKTRONSKIH UREĐAJA ...................................................................1

1.1. OSNOVNI POJMOVI I DEFINICIJE.........................................................................................................2 1.2. USLOVI EKSPLOATACIJE......................................................................................................................4

1.2.1. ZEMLJINA ATMOSFERA...................................................................................................................4 1.2.2. KLIMATSKI USLOVI..........................................................................................................................5 1.2.3. UTICAJ VISOKIH I NISKIH TEMPERATURA NA KOMPONENTE ELEKTRONSKIH UREĐAJA.8 1.2.4. UTICAJ VLAŽNOSTI NA KOMPONENTE ELEKTRONSKIH UREĐAJA (KOROZIJA) ................10 1.2.5. UTICAJ VIBRACIJA I UDARA NA KOMPONENTE ELEKTRONSKIH UREĐAJA .......................11 1.2.6. OSTALI USLOVI...............................................................................................................................11

1.3. ZAHTEVI ZA POUZDANOST................................................................................................................12 1.4. JEDNOSTAVNOST RUKOVANJA I OPSLUŽIVANJA........................................................................12 1.5. MOGUĆNOST POPRAVKE ...................................................................................................................12 1.6. DIMENZIJE I MASA ...............................................................................................................................13 1.7. ZAŠTITA OD SPOLJAŠNJIH FAKTORA..............................................................................................13 1.8. KONSTRUKCIONO NASLEDE, UNIFIKACIJA, NORMALIZACIJA I STANDARDIZACIJA .........14 1.9. TEHNOLOŠKA IZVODLJIVOST I EKONOMIČNOST KONSTRUKCIJE..........................................15

2. RAZRADA KONSTRUKCIJE ELEKTRONSKIH UREĐAJA, KONSTRUKTORSKA DOKUMENTACIJA..........................................................................................................................................16

2.1. ETAPE RAZRADE ELEKTRONSKIH UREĐAJA.................................................................................17 2.2. KONSTRUKTORSKA DOKUMENTACIJA ..........................................................................................19

3. NIVOI KONSTRUISANJA...........................................................................................................................24 3.1. KONSTRUKCIONA HIJERARHIJA ......................................................................................................24

4. ZAŠTITA KOMPONENATA I UREĐAJA.................................................................................................27 4.1. OKLOPLJAVANJE..................................................................................................................................27

4.1.1. PRINCIP OKLOPLJAVANJA I VRSTE ............................................................................................27 4.1.2. TEORIJSKE OSNOVE OKLOPLJAVANJA – OTVORENI OKLOPI................................................29

4.2. PROBLEMI ODVOĐENJA TOPLOTE I HLADNJACI (RADIJATORI ) ..............................................31 4.2.1. PROSTIRANJE TOPLOTE PROVOĐENJEM..................................................................................31 4.2.2. PROSTIRANJE TOPLOTE STRUJANJEM ......................................................................................33 4.2.3. PROSTIRANJE TOPLOTE ZRAČENJEM........................................................................................34 4.2.4. RADIJATORI (HLADNJACI)............................................................................................................35

4.3. ZAŠTITA UREĐAJA OD SMETNJI .......................................................................................................40 5. POUZDANOST UREĐAJA ..........................................................................................................................43

5.1. OSNOVNI POKAZATELJI POUZDANOSTI .......................................................................................45 5.2. UGRADNJA POUZDANOSTI PRI KONSTRUKCIJI NOVOG UREĐAJA ..........................................49

5.2.1. PRINCIPI KONSTRUISANJA U POGLEDU POUZDANOSTI........................................................50 5.3. POGODNOST ODRŽAVANJA U PROCESU KONSTRUISANJA .......................................................53

5.3.1. PRINCIPI KONSTRUISANJA U POGLEDU POGODNOSTI ODRŽAVANJA................................55 5.4. ALOKACIJA POUZDANOSTI ...............................................................................................................57

5.4.1. POJAM ALOKACIJE POUZDANOSTI ............................................................................................57

ii

II DEO .................................................................................................................................................................59 1. ELEKTROTEHNIČKI MATERIJALI......................................................................................................59

1.1. STRUKTURA I PODELA ELEKTROTEHNIČKIH MATERIJALA......................................................59 2. OTPORNICI...................................................................................................................................................64

2.1. KARAKTERISTIKE OTPORNIKA ........................................................................................................64 2.2. POKAZATELJI KVALITETA OTPORNIKA .........................................................................................66 2.3. PODELA OTPORNIKA...........................................................................................................................71 2.4. NIZOVI NOMINALNIH VREDNOSTI OTPORNOSTI .........................................................................71 2.5. OZNAČAVANJE OTPORNIKA .............................................................................................................72

3. KONDENZATORI.........................................................................................................................................75 3.1. KARAKTERISTIKE KONDENZATORA ..............................................................................................75

3.1.1. KAPACITIVNOST.............................................................................................................................75 3.1.2. DIELEKTRICI ZA KONDENZATORE .............................................................................................77 3.1.3. OTPORNOST IZOLACIJE I VREMENSKA KONSTANTA KONDENZATORA...............................78 3.1.4. GUBICI U KONDENZATORU.........................................................................................................80 3.1.5. FREKVENCIJSKA SVOJSTVA KONDENZATORA .........................................................................82 3.1.6. ELEKTRIČNA ČVRSTOĆA KONDENZATORA...............................................................................83 3.1.7. STABILNOST KONDENZATORA ....................................................................................................83

4. KALEMOVI ...................................................................................................................................................85 4.1. KARAKTERISTIKE KALEMOVIMA....................................................................................................85

4.1.1. INDUKTIVNOST KALEMOVA.........................................................................................................85 4.1.2. TOLERANCIJE IZRADE ..................................................................................................................86 4.1.3. EKVIVALENTNA ŠEMA KALEMA...................................................................................................86 4.1.4. VREMENSKA KONSTANTA KALEMA ............................................................................................88 4.1.5. GUBICI U KALEMU ........................................................................................................................88 4.1.6. FAKTOR DOBROTE KALEMA........................................................................................................90 4.1.7. STABILNOST KALEMOVA I TEMPERATURSKI KOEFICIJENAT INDUKTIVNOSTI.................91

5. TRANSFORMATORI ...................................................................................................................................93 5.1. OPŠTE O TRANSFORMATORIMA I NJIHOVA FUNKCIJA...............................................................93 5.2. KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORA I NAČIN TRANSFORMACIJE STRUJE I NAPONA........94 5.3. EKVIVALENTNA ŠEMA REALNOG TRANSFORMATORA.............................................................96 5.4. TRANSFORMATORSKA JEZGRA........................................................................................................99 5.5. KALEMSKA TELA ...............................................................................................................................102

6. RELEA ..........................................................................................................................................................104 6.1. OPŠTA PODELA RELEA I NJIHOVE KARAKTERISTIČNE VELIČINE.........................................105

LITERATURA .................................................................................................................................................108

1

II DDEEOO

11.. UUVVOODD UU KKOONNSSTTRRUUIISSAANNJJEE EELLEEKKTTRROONNSSKKIIHH UURREEĐĐAAJJAA

Konstruisanje elektronskih uređaja je vrlo delikatan i složen proces , koji zahteva široko znanje iz većeg broja disciplina i to ne samo iz oblasti elektrotehničke struke. Prilikom konstruisanja nekog uređaja mora se uzeti u obzir veliki broj različitih zahteva , koji se mogu svrstati u tri kategorije:

- konstrukciono – tehnološki - eksploatacioni i - ekonomski

U glavne konstrukciono – tehnološke i eksploatacione zahteve spadaju (kao što je prikazano na sl. 1.1. ) :

o zahtevi performansi o zahtevi proizvodnje o zahtevi bezbednosti o zahtevi pakovanja o zahtevi operativnosti o zahtevi pouzdanosti o zahtevi pogodnosti održavanja o zahtevi podrške i drugi.

Slika 1.1. – Neki konstrukciono-tehnološki i eksploatacioni zahtevi prilikom konstruisanja uređaja

Uvod u konstruisanje elektronskih uređaja

2

Među eksploatacione zahteve spada : pouzdanost, kvalitet izvršavanja osnovnih funkcija elektronskog uređaja, jednostavnost rukovanja, mogućnost popravke, stabilnost na starenje, dimenzije i težina.

Među konstrukciono-tehnološke zahteve spada : zaštita od spoljašnjih faktora, konstruktivno nasleđe – dosadašnja rešenja i tehnološka izvodljivost.

Među ekonomske zahteve spada : utrošak vremena rada, materijalnih i finansijskih sredstava za razradu, izradu i eksploataciju.

1.1. OSNOVNI POJMOVI I DEFINICIJE

Projektovanje je razrada osnovnih pokazatelja konačnog produkta (za koji se ono vrši) i puteva njihove praktične realizacije. Kao rezultat projektovanja pojavljuje se skup podataka koji može da bude osnova za razradu radnih tehničkih dokumenata, koji su neophodni za dobijanje konačnog produkta (sistema, uređaja, aparata i tome slično).

Na primer , u procesu proračuna električne šeme bloka za oscilatorno kolo mogu biti dati sledeći osnovni pokazatelji: frekvencija, stepen njene stabilnosti pod zadatim uslovima, granične dimenzije, masa. Unapred može da bude određena i metoda zaštite od vlage (na primer utvrđeno je da je neophodno vršiti vakumsku hermetizaciju, itd.).

Konstruisanje predstavlja proces izbora elemenata i materijala konstrukcije, proces izbora strukture njihovih uzajamnih prostornih i energetskih veza i veza sa okolnom sredinom. Takođe obuhvata i uspostavljanje kvantitativnih veličina (normi) pomoću kojih se može izraditi proizvod koji odgovara zadatim uslovima.

Kao konačan proizvod procesa konstruisanja javlja se komplet tehničkih dokumenata koji sadrže sve zadate norme za razrađeni proizvod.

U toku konstruisanja često se koriste takvi termini kao što su norma, višak,

zaliha i rezerva.

Norma je veličina koja je uspostavljena za određene zadate uslove. Na primer, frekvencija oscilatornag kola je 10 MHz ±0.01 % na temperaturi okolne sredine od 40 do 80°C i pri relativnoj vlažnosti 98% ; kontaktna sila komutacionog uređaja je 100N ±10N pri istim uslovima.

Višak je mera prevazilaženja zadate ili uspostavljene veličine (količine). Na primer, za napon 10V koristi se kondenzator s radnim naponom od 200V; za uključivanje kola primenjuju se dva samostalna (paralelna) kontakta.


3

Zaliha je višak koji se uvek nalazi u dejstvu. Primena spomenutog kondenzatora ilustruje višak napona. Ako se za obezbeđenje tražene mehaničke čvrstoće za određeni materijal i dužinu zahteva prečnik od 6 mm, a koristi se prečnik od 8 mm, onda ovaj višak čvrstoce uvek učestvuje u radu. Slična je situacija kada se koriste dve diode umesto jedne.

Rezerva je višak koji ne učestvuje u radu ali u određenom trenutku može aktivno da deluje. Kao primer može da pasluži bilo koji uredaj sa kvantitativnim viškom.

Pod funkcijom koju vrši konstrukcija podrazumeva se rezultat uzajamnog dejstva raznih faktora (sila, polja, itd).

Osnovna krajnja funkcija (OKF) - predstavlja željeni efekat za čije postizanje je predviđen elektronski uređaj. OKF se sastoji u pretvaranju ili generisanju električnih signala koji nose informacije. Za elektronski uređaj OKF predstavlja izdvajanje iz mnoštva signala, koji deluju na njegovom ulazu, onog željenog i dobijanje na izlazu potrebnog nivoa energije korisnog signala, koji odgovara željenom ulaznom signalu.

Pojedinačne krajnje funkcije (PKF) su one funkcije bez kojih se ne može dobiti osnovna krajnja funkcija. U elektronskom uredaju PKF su selektivnost, konverzija, pojačanje i slično.

Na elemente konstrukcije mogu da deluju spoljašnje sile o kojima se u potpunosti

ili delimično nije vodilo računa u toku projektovanja uređaja. Ove sile mogu imati štetan uticaj.

Sve sile i uslovi u kojima one dejstvuju na elemente konstrukcije često se nazivaju

faktorima. Treba razlikovati tri grupe faktora: 1. Osnovni faktori - koji se proračunavaju i odabiraju u procesu razrade. Oni uglavnom određuju radne funkcije uređaja. 2. Sporedni faktori - koji se uzimaju u obzir pri razradi , jer je neizbežno njihovo uzajamno dejstvo sa osnovnim faktorima. 3. Slučajni faktori - koji ne mogu biti uzeti u obzir u procesu razrade, pošto je neizvestan njihov karakter i vreme uzajamnog dejstva sa osnovnim faktorima.

Prve dve grupe mogu biti podeljene u tri osnovne podgrupe: 1) kontrolisani (napon napajanja i sl.); 2) slabo kontrolisani (udari, vibracije i sl.); 3) nekontrolisani (hemijski procesi, starenje itd.) faktori.


4

1.2. USLOVI EKSPLOATACIJE

Karakter i intenzitet dejstva klimatskih (u manjoj meri), mehaničkih i radijacionih (u većoj meri) faktora zavisi od načina korišćenja i objekta na kome se nalazi elektronski uređaj. Na taj način se elektronski uređaji mogu podeliti u pet grupa:

1) zemaljski ( kopneni – stacionarni ) 2) brodski – pomorski 3) drumski (železnički ) 4) avionski i 5) raketni

Posebna vrsta su još kosmički i satelitski.

Treba razlikovati dve sredine, koje opkoljavaju elemente konstrukcije: unutrašnju i spoljašnju .

Unutrašnja sredina se nalazi u malom prostoru, koji okružuje mali broj konstrukcionih elemenata. Broj takvih lokalnih sredina u jednom elektronskom uređaju može biti veći. One mogu da imaju različita fizičko-hemijska svojstva.

Spoljašnja sredina se nalazi u radnom prostoru koji okružuje elektronski uređaj. Ona takođe može da bude različita. Spoljašnja sredina može da bude gasovita i tečna. Gasovita sredina može da ima različit sastav, pritisak i električna svojstva. Tečna sredina može da ima različit sastav i gustinu (rečna voda, morska voda, itd.).

Okolni objekti takođe mogu da utiču na funkcije koje ispunjava uređaj. Tako na primer, objekti koji stvaraju jaka električna, magnetna ili elektromagnetna polja mogu u većoj ili manjoj meri da utiču na parametre konstrukcije i time na kvalitet rada elektronskog uređaja.

1.2.1. ZEMLJINA ATMOSFERA

Vazdušni omotač koji okružuje zemljinu kuglu, a koji se naziva atmosfera , u zavisnosti od fizičko-meteroloških svojstava može se podeliti na sledeća četiri sloja: troposfera, stratosfera, jonosfera i tropopauza. Troposfera je najniži sloj i širina mu je od 8km do 17km. U srednjim geografskim širinama gradijent temperature je prosečno 6,5˚C/km i zavisi od uticaja promenljivih horizontalnih i vertikalnih strujanja vazduha. Temperatura na gornjoj granici troposfere iznosi oko –57˚C i prestaje dalje da opada. Iznad troposfere je stratosfera koja se prostire do visine od (80-85) km i ima stabilnu temperaturu do visine od 32km kao i stabilne smerove horizontalnih strujanja


5

vazduha u njoj. Vazduh je prozračan sa dobrom vidljivošću jer u ovom sloju nema magle i oblaka. Prelazna oblast između troposfere i stratosfere širine (1–2) km naziva se tropopauza.

Slika 1.2. – Šema rasprostiranja troposfere

Jonosfera je najviši sloj i na visini je od (80-85) km. Njena svojstva su specifična. Ukupna masa jonosfere iznosi svega 0,5% mase zemljine atmosfere. Zbog razređenog vazduha u gornjim slojevima atmosfere, predaja toplote telu koje se nalazi u toj sredini je veoma spora i ostvaruje se uglavnom zračenjem.Zbog toga temperature tela i vazduha koji ga okružuje u tim uslovima mogu biti veoma različite. Osobine donjih slojeva zemljine atmosfere dobrim delom se odlikuju njenim klimatskim uslovima.

1.2.2. KLIMATSKI USLOVI

1. Umerena klima obuhvata oblasti u kojima je temperatura vazduha retko ispod -30°C i iznad +35°C. Relativna vlažnost od 80% i više na temperaturi od 20°C susreće se izuzetno.

2. Hladna klima obuhvata oblasti u kojima se temperatura vazduha na duže vreme smanjuje ispod -40°C. Za ove oblasti je karakteristično obrazovanje inja, zaleđivanje i hladni vetar.

3. Tropska klima obuhvata oblasti u kojim u toku 2 do 12 meseci u godini svakodnevno temperatura vazduha prevazilazi 20˚C pri čemu je relativna vlažnost vazduha i po 12h na dan viša od 80%. Za tu klimu su karakteristični jaki pljuskovi sa padavinama do 100 litara/m2 u toku 10 min.


6

4. Žarka suva klima obuhvata oblasti gde se pri veoma jakom delovanju sunca u toku dužeg vremena pojavljuje visoka temperatura uz jednovremeno smanjenje relativne vlažnosti do veoma niskih granica. Svakodnevno se javljaju temperature oscilacije vazduha uz česte peščane oluje.

Slika 1.3. – Promena temperature atmosferskog Slika 1.4. – Sadržaj vodene pare u vazduha u zavisnosti od visine (minimumi vazduhu na različitim su na granicama raznih sfera) temperaturama Sastav vazdušne sredine u znatnoj meri zavisi od različitih uslova (uticaj mora, okeana i industrijskih reona).

Količina vode u vazdušnoj sredini zavisi od temperature i pritiska. Na sl. 1.4. prikazana je temperaturna zavisnost sadržaja vodene pare.

Sadržaj vlage u vazduhu se procenjuje apsolutnom vlažnošcu tj. količinom pare izražene u g/m3 vazduha ili relativnom vlažnošću tj. odnosom apsolutne vlažnosti i odgovarajuće količine vodene pare u g/m3, koja na odgovarajućoj temperaturi zasićuje prostor. Atmosferski pritisak u blizini zemljine površine se neprekidno menja. Normalni atmosferski pritisak je 760 mmHg = 1 atm = 1,013 bar.

Sa povećanjem visine iznad nivoa mora pritisak pada (sl. 1.5. pokazuje zavisnost

pritiska atmosferskog vazduha od visine).


7

Voda u obliku kiše ili

kondenzanta na površini ko-mponenata formira vodene fil-move, a pri udaru njenih kapljica vrši mehanička dejstva. Voda u atmosferi je uvek zagrađena aktivnim materijama usled čega lako stupa u hemijske spojeve sa mnogim materijama. Veliko dejstvo na kom-ponente i konstrukcije vrši i biološka sredina.

Slika 1.5. – Zavisnost atmosferskog pritiska od nadmorske visine

Pojava plesni je karakteristična za tropsku klimu. Smatra se da su optimalni uslovi za razvoj svih vidova plesni velika vlažnost vazduha (iznad 85%), temperatura od 20°C do 30°C i nepokretan vazduh.

Termiti su veoma opasni za elektronske uređaje. Susreću se i u tropskim i u suvim zonama. Usled njihove proždrljivosti zaštita elektronskih uređaja od njih je veoma teška.

Prašina i pesak koji se nalaze u zemljinoj atmosferi ravnomerno se i polagano talože. Disperzija prašine je najbitnije svojstvo koje određuje njenu fizičko-hemijsku aktivnost. Čestice prašine mogu da budu neorganskog i organskog karaktera. Čestice prašine i peska usled trenja ili absorpcije jona mogu da nose naelektrisanje.

Sunčeva radijacija vrši neposredno dejstvo na površine komponenata, koje se nalaze u otvorenom vazduhu. Na sl. 1.6. predstavljen je spektar zračenja sunca.

Slika 1.6. – Spektar zračenja sunca i drugi “talasi”


8

1.2.3. UTICAJ VISOKIH I NISKIH TEMPERATURA NA KOMPONENTE ELEKTRONSKIH UREĐAJA

Promena temperatura tela može dovesti do promene njihovih svojstava. Povećanje temperature izaziva kako postepene tako i nagle promene u materijalima. Na primer, ubrzavaju se hemijske reakcije, pri čemu je brzina reakcije veća ukoliko je viša temperatura.

Pod uticajem periodičnih toplotnih dejstva dolazi do deformacije komponenata

konstrukcije usled mehaničkih povreda. Najveće promene parametara konstrukcije primećuju se pri naglim prelazima od pozitivnih vrednosti temperature do negativnih i od negativnih do pozitivnih (preko O°C).

Na visokim temperaturama neki ogranski izolacioni materijali se razlažu. Zavisnost parametara fizičkih tela od temperature kao po pravilu je nelinearna.

Parametri većine poluprovodničkih komponenata znatno zavise od temperature. Magnetni materijali velike magnetne propustljivosti kao i dielektrični materijali velike dielektrične konstante odlikuju se velikom temperaturnom zavisnošću parametara.

Pod dejstvom toplote smanjuje se mehanička čvrstoća izolacionih materijala što dovodi i do njihovog fizičkog razaranja. U mnogim izolacionim materijalima organskog porekla povećanjem temperature se javljaju nepovratne promene (starenje). Mnogi materijali koji su u normalnim uslovima gipki i elastični na niskim temperaturama su veoma kruti.

Slika 1.7. – Temperaturna zavisnost ICB i β silicijumskog tranzistora


9

Materijal

1

a [10-6— ] ˚C

Delovi od presovanih materijala i kompaundi

40-150

Tekstolit 20-40 Perinaks 17 -25 Staklotekstolit 50-80 Keramički materijali 6-12 Organsko staklo 80-140 Polietilen 100-180 Poliuretan 130 Vinoplast lisnati 70 Fluoroplast 50-110 Polistirol 70 Staklo 60-120 Kvarc 0.5

Tabela 1.1. - Temperaturni koeficijenti α Tabela 1.2. - Temperaturni koeficijent

za metale izolatora

Velika razlika u temperaturnam koeficijentu α linearnog širenja metala i plastičnih masa izaziva teškoce pri konstruisanju spojeva između elemenata od takvih materijala, naročito na višim temperaturama.

Postoji veliki broj komponenata čiji izlazni parametri zavise od promene lineamih dimenzija njihovih elemenata. Pri tome su neke komponente veoma osetljive čak i pri neznatnim promenama temperature. Na primer, običan kalem ima temperaturni koeficijent induktivnosti αL (20±10)·10-6 1/˚C. Ako se u visokofrekventom kalemu upotrebi jezgro od magnetodielektrika αL je (100–200) ·10-6 1/˚C . Kalemovi sa feritnim jezgrom mogu imati αL od 100·10-6 do 5000·10-6 1/˚C .

Povišena temperatura vrši štetan uticaj na parametre svih komponenata

konstrukcije, a njene ciklične promene (od negativne do pozitivne i obrnuto) za veliki broj komponenata su krajnje opasne.

U potpunosti se elektronski uređaji ne mogu zaštititi od pregrejavanja. Zbog toga se

sa posebnom pažnjom mora vršiti izbor materijala i konstrukcija i uzimati u obzir uticaj temperaturnih promena.

α(10-6/C) u intervalu Metal od 20-200°C

Aluminijum 23,8 Bronza 17,6 Gvožđe 12,2 Zlato 14,3 Invar 0,9-1,2 Kadmijum 24,7 Mesing 17,8-18,2 Magnezijum 26 Bakar 16,6-17,10 Nikl 13,3 Kalaj 23,8 Olovo 29,1 Srebro 19,7 Čelik 10,6-12,2 Cink 39,5


10

1.2.4. UTICAJ VLAŽNOSTI NA KOMPONENTE ELEKTRONSKIH UREĐAJA (KOROZIJA)

Pod dejstvom vlage na metalnim površinama se menja boja, stepen hrapavosti, električna provodnost, površinska čvrstoća i slično.

Prodiranje - brzina korozije u dubinu metala je različita kod različitih materijala

(μm/godini): Pb- 4 Cu – 12 Zn – 50 Sn – 12 Al- 8 Ni – 32 Fe – 200

Iz ovih podataka je očigledno da je gvožđe najviše izloženo dejstvu atmosferske korozije.U realnim konstrukcijama se ne koriste hemijski čisti metali, nego tehnički u kojima se uvek nalaze primese drugih elemenata. Brzina atmosferske korozije zavisi od relativne vlažnosti i od temperature(sl. 1.8.)

.

Kontaktna korozija metala je nepoželjnija od atmosferske. U procesu kontaktne korozije razara se materijal sa negativnim kontaktnim potencijalom. Do razaranja površine metala i njihovih metalnih spojeva dolazi usled jednovremenih hemijskih i elektrohemijskih procesa. Kao po pravilu u ulaznim kolima radioprijemnika povećan je nivo šuma na mestima kontaktne korozije. Stvoreni filmovi su izolacioni. Dejstvu vlage izloženi su i nemetalni materijali.

Dielektrična konstanta vlažnog vazduha utiče na parametre elektronskog

relativna uređaja. vlažnost Slika 1.8. - Brzina atmosferske korozije u funkciji od relativne vlažnosti ( zavisi još i od temperature)

Probojni napon se smanjuje sa povećanjem vlažnosti vazduha. Vlaga u obliku kondenzata koji se može formirati na površini komponenata pri brzoj promeni temperature od negativne do pozitivne, vrši znatan štetan uticaj.


11

1.2.5. UTICAJ VIBRACIJA I UDARA NA KOMPONENTE ELEKTRONSKIH UREĐAJA

Razlikuju se dve vrste mehaničkih dejstava: udari i vibracije. Udar se javlja u onom slučaju kada elektronski uredaj trpi naglu promenu brzine.

Uticaj udara je vezan sa mehaničkim razaranjem slabih komponenata konstrukcije ili sa mogućom pojavom prigušenih oscilatornih kretanja pojedinih elemenata na sopstvenoj mehaničkoj frekvenciji .

Elementi konstrukcije, koji se nalaze pre udara pod velikim mehaničkim

naponom, lako se razaraju udarom. Na primer , izvodi kablova, otpornika, kondenzatora , poluprovodničkih dioda i tranzistora i dr. ukoliko su u procesu montaže bili jako zategnuti, lome se pod dejstvom udara.

Komponente koje su delovi oscilatornih kola, mogu pod dejstvom udara da

izazovu parazitnu modulaciju. Na primer, udar koji izaziva mehaničke oscilacije ploča promenljivog kondenzatora jednog oscilatomog kola izaziva parazitnu frekventnu modulaciju.

1.2.6. OSTALI USLOVI

Prašina i pesak izazivaju niz neželjenih posledica. Padajući na površinu komponenata prašina olakšava kondenzaciju, pojačava koroziju i procese slabljenja izolacionih materijala.

Sniženi pritisak utiče na smanjenje električne čvrstoce vazduha. Poznato je da je u

homogenom električnom polju za elektrode datog materijala probojni napon funkcija proizvoda pritiska gasa ρ i rastojanja d između elektroda.

Starenje i dotrajalost su procesi postepenih nepovratnih promena koji u nekim slučajevima mogu izazvati izrazitu promenu parametara. Starenje se neprekidno odvija nezavisno da li je konstrukcija u radnom ili neradnom stanju.

Uticaj kosmičkih zraka kod izolacionih materijala se ogleda u pojavi procesa

jonizacije u materijalu ili prevođenju njegovih orbitalnih elektrona u pobuđeno stanje.


12

1.3. ZAHTEVI ZA POUZDANOST

Nemoguće je proizvesti elektrnski uređaj idealne pouzdanosti. Povećanje pouzdanosti elektronskog uređaja uvek je povezano sa dodatnim utroškom vremena, materijalnih i finansijskih sredstava. Zbog toga zadati nivo pouzdanosti treba da bude usaglašen sa eksploatacionim i proizvodno-tehničkim zahtevima, sa ekonomskom celishodnošcu i mogućnostima. Za uređaje od posebnog značaja čiji bi kvar mogao dovesti u opasnost ljudske živote ili ogromne materijalne štete predviđa se maksimalni mogući nivo pouzdanosti. Povećanje pouzdanosti može izazvati neophodnost povećanja dimenzija i mase što ponekad nije dozvoljeno.O pouzdanosti će biti više reči u glavi 5.

1.4. JEDNOSTAVNOST RUKOVANJA I OPSLUŽIVANJA

Pored brzine, upravljanje treba da obezbedi i zahtevanu tačnost izlaznih parametara. Da bi rukovanje elektronskim uređajem bilo efikasnije neophodno je:

1. Smanjiti broj organa za upravljanje, 2. Rasporediti organe za upravljanje na pogodno mesto za operatora,

3. Uzeti u obzir fiziološke osobenosti čoveka pri konstruisanju organa za upravljanje, 4. Organe za upravljanje tako projektovati da budu otporni na dejstvo slučajnih mehaničkih udara i vibracija.

U toku upravljanja operator se koristi različitim indikatorima: u obliku figura, brojeva, slova, strelica, boja i sl. Svi oni moraju biti jasni, čitko nacrtani i da se dobro razlikuju u konkretnim uslovima eksploatacije.

1.5. MOGUĆNOST POPRAVKE

Jedan od najvažnijih zahteva koji se postavlja projektantu elektronskih uređaja je mogućnost njihove jednostavne popravke. Konstrukcija elektronskog uređaja pre svega treba da obezbedi mogućnost brzog pronalaženja mesta kvara.

U većini konstrukcija elektronskih uređaja celishodno je koristiti kontrolna kola. Ona, kao po pravilu, omogućavaju pronalaženje povrede, ali ne i njenog uzroka i mesta. Da bi se moglo brzo pronaći mesto kvara i izvršiti popravka, konstrukcija mora da omogući lak pristup do bilo kog njenog dela.

Obezbeđenje dobre dostupnosti do elemenata konstrukcije ograničavaju korišcenje

hermetizacije specijalnim kompaundima za zalivanje ili primena vakumske hermetizacije.


13

1.6. DIMENZIJE I MASA

Dimenzije i masa elektronskih uređaja imaju naročit značaj kada se koriste u raketnim avionskim i drugim pokretnim objektima.

Dimenzije i masa elektronskih uređaja zavise u znatnoj meri od koeficijenta

korisnog dejstva i termičke stabilnosti svih njenih komponenata. Veliku primenu nalaze mikrominijaturne konstrukcije (tankoslojna, debeloslojna,

hibridna i monolitna integrisana kola), koje omogućavaju smanjenje dimenzija i mase nekih blokova male snage.

Smanjenje dimenzija i težine elektronskih uređaja predstavlja jedan od najvažnijih

i najtežih zadataka koji se postavljaju konstruktoru.

1.7. ZAŠTITA OD SPOLJAŠNJIH FAKTORA

U procesu eksploatacije na elektronski uredaj deluje spoljašnja sredina i objekti koji ga okružuju:

a) vlaga, aktivni gasovi, čvrste čestice; b) znatne temperaturne promene i sunčeva radijacija; c) vibracije i udari; d) mikroorganizmi i mikrobiološka sredina; e) kosmička sredina; f) specifična spoljašnja dejstva u velikim morskim dubinama ili unutrašnjosti zemlje.

Da bi se obezbedio normalan rad pri eksploataciji, čuvanju i transportu, elektronski uređaj mora biti zašticen od spoljašnjih dejstava. Ponekad se zbog zaštite elektronskog uređaja od spoljašnjih dejstava usložnjava njegova konstrukcija. Pri tome se povećavaju dimenzije, masa, cena, a često se pogoršava mogućnost jednostavne popravke. Bez zaštite od spoljašnjih dejstava znatno bi se smanjila pouzdanost elektronskih uređaja. Zbog toga je neophodno pravilno uskladiti odnos izmedu faktora koji usložnjavaju konstrukciju i pouzdanosti elektronskih uređaja.

Najteže je izvesti zaštitu od toplote i vlage. Odvođenje toplote je uvek povezano

sa znatnim povećanjem dimenzija.


14

1.8. KONSTRUKCIONO NASLEDE, UNIFIKACIJA, NORMALIZACIJA I STANDARDIZACIJA

Konstrukciono nasleđe se odnosi na celishodnost korišcenja pojedinih ranije razrađenih delova. Ono se odnosi kako na veće delove (npr. složene blokove), tako i na relativno male delove (komponente).

Osnovni ekonomski efekat pri korišćenju konstrukcionog nasleđa dobija se isključivanjem dodatnog utroška vremena za izradu velikog broja blokova i komponenata koje su već osvojene i proizvode se.

Potpuno obnavljanje konstrukcije i celokupne materijaine opreme tehnoloških procesa opravdano je samo u onim slučajevima kada se zastareli elektronski uređaj mora zameniti principijelno novim.

Važan preduslov za korišćenje konstrukcionog nasleđa je unifikacija, normalizacija i standardizacija.

Unifikacija je proces smanjenja raznovrsnih konstrukcija koje su predviđene za iste ili slične funkcije.

Primena unifikacije pri razradi elektronskih uređaja daje mogućnost da se znatno skrati vreme, finansijska i materijaina sredstva.

Unifikaciji se mogu podvrći svi strukturni delovi konstrukcije elektronskog uređaja (od komponente do bloka) i materijali.

Na primer, u radioprijemniku se mogu koristiti unificirani zaštitni filtri, koji imaju iste karakteristike, blokove za napajanje i slično.

Normalizacija predstavlja viši stupanj ograničenja raznovrsnosti konstrukcija.

Zahtevi za normalizaciju pri razradi elektronskih uređaja sadrže primenu već razrađenih komponenata, blokova, a takode i ograničenu nomenklaturu materijala, polufabrikata i tipičnih elemenata.

Standardizacija je metod ograničenja raznovrsnosti i uspostavljanje jedinstva

kvalitativnih pokazatelja industrijske proizvodnje, klasifikaciie, kodiranja, terminologije, tehničkih zahteva,metoda za ispitivanje, zahteva za pakovanja, transpotr i sl.

Upotreba državnih standarda pri razradi i proizvodnji elektronskih uređaja je obavezna.

Primena standarda u znatnoj meri olakšava celokupni proces stvaranja novih elektronskih uređaja.

Pored državnih standarda postoje i međunarodni standardi koji olakšavaju međunarodnu trgovinu, naučne, tehničke i kulturne veze.

Osim standarda postoje preporuke različitih međunarodnih komisija, koje su u većini slučajeva obavezne za konstruktora elektronskih uređaja.


15

1.9. TEHNOLOŠKA IZVODLJIVOST I EKONOMIČNOST KONSTRUKCIJE

Kvantitativna procena tehnološke izvodljivosti određuje se materijalnim i finansijskim troškovima i vremenom koje je neophodno za osvajanje i proizvodnju elektronskog uređaja.

Novi tehnološki procesi se uvode samo onda kada njihovo korišćenje može dati znatne tehničko-ekonomske rezultate.

Tehnološka izvodljivost elektronskog uređaja povezana je sa racionalnim izborom njegove konstrukcije.

Blokovi treba da imaju što manji broj komponenata. Potrebne izlazne parametre blokova treba obezbediti minimalnim brojem

operacija. Izbor i individualno podešavanje komponenata konstrukcije treba izbegavati. U konstrukciji blokova i njinovih tehnoloških delova mora se obezbediti vizuelna

kontrola svih komponenata, takođe jednostavno vršenje mehaničkih i električnih provera. Ekonomičan je onaj elektronski uređaj koji je dobro razrađen i optimalan za date

uslove proizvodnje i eksploatacije. Ekonomičnost elektronskog uređaja se odreduje troškovima za njegov razvoj,

proizvodnju i eksploataciju. Za sve elektronske uređaje se ulažu znatna sredstva za njihov razvoj i pripremu proizvodnje.

Prema utrošku vremena i sredstava elektronski uređaji se mogu podeliti na sledeće

osnovne grupe:

1. Principijeino nove uz korišćenje velikog broja novih naučno-tehničkih rešenja. 2. Zasnovane na dobro poznatim naučno-tehničkim karakteristikama, ali predviđene za ispunjavanje funkcija , koje ranije nisu vršili. 3. Predviđene za korišcenje relativno velikog broja novih tehničkih rešenja, šema, konstrukcija. 4. Predviđene za korišcenje malog broja tehničkih rešenja, šema, konstrukcija. 5. Modifikovane (modernizovane) vec poznate elektronske uređaje.

Zadatak konstruktora se sastoji u tome da funkcionalne zahteve usaglasi sa ekonomskim karakteristikama elektronskog uređaja.

16

22.. RRAAZZRRAADDAA KKOONNSSTTRRUUKKCCIIJJEE EELLEEKKTTRROONNSSKKIIHH UURREEĐĐAAJJAA,, KKOONNSSTTRRUUKKTTOORRSSKKAA DDOOKKUUMMEENNTTAACCIIJJAA

Razrada je proces svestranog pripremanja predviđen za dobijanje zadatih rezultata. Obično se razrađuju: naučno-istraživačke teme, projekti, konstrukcije, tehnološki procesi, tehnička dokumentacija, norme ,standardi, sistemi, uređaji, aparati, planovi, grafikoni i tome slično.

Razrada mehaničkih konstrukcija predstavlja proces nalaženja takvih oblika

fizičkih tela i materijala i njihovih uzajamnih prostornih veza, pri kojem se na najcelishodniji način obezbeđuju njihove osnovne funkcije.

U konstrukcijama elektronskih uređaja zadate osnovne funkcije se obezbeđuju ne

samo prostornim, nego i električnim vezama, elektrostatičkim, magnetnim i elektromagnetnim poljima između pojedinih elemenata.

U početku se razrada elektronskih uređaja delila na dve samostalne etape:

električnu i mehaničku. Primenom viših frekvencija sličan metod nije davao pozitivne rezultate. Pri prelazu od električne etape razrade na mehaničku obično su se javljale protivrečnosti između zahteva tih etapa, što je izazivalo višestruke prerade konstrukcije.

Mikrominijaturne konstrukcije i korišćenje tankoslojnih, debeloslojnih i

monolitnih kola onemogućuju da se razrada deli na električnu i mehaničku etapu. Bilo koji (ponovo) razrađeni elektronski uređaj predaje se u proizvodnju. Svaka

proizvodnja ima svoje osobenosti, koje unapred određuju mogućnosti ispunjavanja normi koje je predvideo konstruktor. Dakle, konstruktor elektronskih uređaja treba da zna tehnologiju proizvodnje.

Konstrukcija je veštački formiran skup fizičkih tela i materijala koji je namenjen za izvršavanje zadatih funkcija pod određenim uslovima. Kao konačan rezultat procesa konstruisanja javlja se skup tehničkih dokumenata koji sadrže celokupne zadate propise za razrađeni (ili ponovo razrađeni) elektronski uređaj. Svaka konsirukcija se odlikuje svojim izlaznim parametrima (za kalem izlazni parametar je induktivnost, za pojačavač - pojačanje i sl.).

Razrada konstruisanja

17

2.1. ETAPE RAZRADE ELEKTRONSKIH UREĐAJA

Proces razrade novog elektronskog uređaja sastoji se od dve etape : naučno- - istraživačke razrade i eksperimentalno-konstruktorske razrade.

U toku naučno-istraživačke razrade vrši se prethodna analitička i proračunska prorada uređaja. Rezultat tog rada je naučno-tehnološkog karaktera. On sadrži pregled novih principa u izgradnji elektronskih uređaja, naučno zasnovan pristup za realizaciju tih principa i analizu izvršenih ispitivanja. Etapa naučno-istraživačke razrade može dati i negativan odgovor da se na savremenom stepenu razvoja nauke i tehnike ne mogu realizovati postavljeni tehnički zahtevi ili da su preuranjeni.

Eksperimentalno-konstruktorska razrada se zasniva na rezultatima naučno-

istraživačke razrade i predstavlja proees inženjerskog pretvaranja teorijskih rezultata u šemu i konstrukciju elektronskog uređaja. U etapi eksperimentalno-konstruktorske razrade u prvi plan dolaze ekonomski zadaci, pošto se upravo ovde formiraju osnovni parametri uređaja koji utiču na njegovu cenu, dužinu razrade, kao i cenu razrade. U toku realizacije ove etape vrši se teorijsko, proračunsko i eksperimentalno ispitivanje ideja ugrađenih u uređaj. Rezultat ove etape je komplet tehničkih dokumenata i izrada i ispitivanje eksperimantalnog uzroka ( ili eksperimentalne serije).

Sama razrada elektronskih uređaja ima etape kako je to detaljno predstavljeno na

sl.2.1. U pripremnoj etapi se proučava zadatak i analiziraju savremene konstrukcije

elektronskih uređaja. Razmatraju se naučno-tehnička dostignuća i novi principi. Takva analiza omogućava da se odrede orijentacione karakteristike budućeg uređaja.

Tehnički zahtevi treba da sadrže osnovnu namenu, tehničke i taktičko-tehničke

karakteristike, pokazatelje kvaliteta i tehničko-ekonomske zahteve. U trećoj etapi se vrši izbor komponenata koje mogu da zadovolje tehničke

zahteve. U četvrtoj etapi se daje analiza algoritama koji određuju logičku strukturu elektronskog uređaja i ispunjavanje odgovarajućih operacija.

Razradom strukturne šeme treba da bude jasno uzajamno dejstvo svih sklopava

elektronskog uređaja. U etapama 5, 6 i 7 na sl.2.1 daju se principska i konstruktorska rešenja koja se

razlikuju od onih u etapama 3 i 4 detaljnijom razradom uređaja u saglasnosti sa tehničkim zahtevima. U ovim etapama se razrađuju specijaine šeme za određenu namenu i vrši ispitivanje razrađenih šema. Vrši se izrada maketa složenih sklopova.


18

PRINCIPSKA REŠENJA

Slika 2.1. – Etape razrade elektronskih uređaja ( strelicama su od date etape pokazane "povratne" etape u slučaju da data etapa ne zadovolji )

1 Pripremna etapa

2 Razrada tehničkih zahteva

3 Izbor elektronskih komponenata

4 Analiza algoritama

5 Razrada strukturne šeme

6 Razrada sklopova

8 Detaljna razrada konstrukcije elemenata,sklopova,uređaja

13 Priprema proizvodnje i početak serijske proizvodnje

12 Eksperimentalna eksploatacija

11 Podešavanje eksperimentalnih uzoraka

10 Izrada eksperimentalnih uzoraka

9 Razrada tehnologije

7 Razrada funkcionalnih i principskih šema

16 Održavanje

15 Eksploatacija

14 Serijska (masovna) proizvodnja

TEH

NIČ

KO

PR

OJE

KTO

VA

NJE


19

U toku tehničkog projektovanja (etape 8 do 12) detaljno se razrađuju šematska i konstruktorska rešenja, izrađuju crteži za sve komponente, sklopove i uređaje, rešavaju problemi zaštite od mehaničkih, klimatskih i radijacionih dejstva, obezbeđuje pristup pri remontu i kontroli, specificiraju se pitanja tehnologije i cene itd. U procesu tehničkog projekta vrši se izrada maketa pojedinih sklopova i uređaja kao celine. Od tehničke dokumentacije se radi: zbirni crtež sa tekstualnim objašnjenjima, komplet elektronskih šema, instrukcija za eksploataciju i tehnički pregled. U tehničkom pregledu se daju svi osnovni mehanički i električni proračuni, rezultati istraživanja i ispitivanja.

Etape 13-16 ne zahtevaju objašnjenje.

2.2. KONSTRUKTORSKA DOKUMENTACIJA

Konstruktorska dokumentacija elektronskih uređaja se može svrstati u pet nivoa povezanih sa etapama razrade:

1. Tehnički zahtevi (TZ) uspostavljaju osnovnu namenu, taktičko-tehničke karakteristike, pokazatelje kvaliteta i tehničko-ekonomskih zahteva koji se postavljaju pred konstrukciju.

2. Tehnički predlozi predstavljaju skup konstruktorskih dokumenata, koji

sadrže tehničke i tehničko-ekonomske pokazatelje svrsishodnosti razrade elektornskog uređaja na bazi analize tehničkih zahteva naručioca i različitih mogućih varijanti za njegovu realizaciju.

3. Idejni projekat daje skup konstruktorskih dokumenata koji sadrže

principska konstruktorska rešenja, koja daju opštu predstavu o uređaju i principu njegovog rada kao i podatke koji određuju namenu i osnovne parametre razrađivanog elektronslog uređaja.

4. Tehnički projekat sadrži skup konstruktorskih dokumenata sa konačnim

tehničkim rešenjima koja daju potpunu predstavu o elektronskom uređaju i polazne podatke za razradu radne dokumentacije.

5. Radna dokumentacija predstavlja skup konstruktorskih dokumenata

namenjenih za izradu i ispitivanje eksperimentalnih uzoraka ili eksperimentalne serije.

Konstruktorska dokumentacija pojedinačno ili u celini određuje sastav i vrstu

uređaja kao i neophodne podatke za njegovu razradu ili izradu, kontrolu, prijem, eksploataciju i remont.

Po formi konstruktorski dokumenti mogu biti grafički ili tekstualni.

U grafičke konstruktorske dokumente spadaju: crtež (komponente), zbirni, opšti, teoretski, gabaritni i montažni crteži, šeme i specifikacija.


20

Tekstualni konstruktorski dokumenti sadrže opis uređaja, princip dejstva i

eksploatacione pokazatelje.

U zavisnosti od načina izrade i karaktera korišćenja konstruktorski dokumenti se dele na: originale, duplikate i kopije.

U zavisnosti od vrste komponenata od kojih se izraduje uređaj, njihove

međusobne veze i namene električne šeme se dele na: strukturne, funkcionalne, principske, montažne i opšte. Strukturne šeme utvrđuju sastav uređaja i njihove funkcionalne delove, njihove namene i međusobne veze. Strukturne šeme se razrađuju u početnim etapama projektovanja uređaja i koriste za izgradnju šema drugih tipova kao i opšle upoznavanje s uređajem.U strukturnoj šemi se predstavljaju svi funkcionalni delovi uređaja sa njihovim uzajamnim vezama.

Slika 2.2. – Opšti blok dijagram računarskog sistema – Strukturna šema Funkcionalne šeme pojašnjavaju procese koji se odigravaju u odvojenim funkcionalnim sklopovima a i delovima uređaja ili u čitavom uređaju. Za njihovo crtanje po pravilu se koriste standardizovane grafičke oznake, ali se mogu koristiti i pravougaonici. Za pojašnjenje uz šemu se daju natpisi, dijagrami ili tablice u cilju određivanja vremenskog toka procesa. U karakterističnim tačkama se označavaju parametri (oblik i vrednost signala, logička funkcija i sl.).


21

Slika 2.3. – Funkcionalna šema

Funkcionalne šeme se koriste za izradu principskih šema, izučavanje principa rada kao i podešavanje, remont i eksploataciju uređaja.

Principske šeme u potpunosti utvrđuju sastav komponenata i njihovu međusobnu vezu i daju detaljnu predstavu o principu rada uređaja ( sl. 2.4. ).

Koristeći se principskim šemama razrađuju se konstruktorski dokumenti kao što su montažne šeme, crteži komponenata, sklopova i uređaja.


22

Slika 2.4. – Principska šema modula Komponente se predstavljaju standardizovanim grafičkim oznakama. Linije veza treba da su u potpunosti nacrtane, mada je, u slučaju potrebe dozvoljen prekid linije koja se završi strelicom sa oznakom priključka. U cilju pojednostavljenja linije se mogu sabiti u

jednu podebljanu liniju. Pri tome se linije veza moraju obeležiti brojevima na oba kraja (sl. 2.5.).

Slika 2.5. – Pojednostavljeno crtanje više odvojenih linija


23

Montažne šeme pokazuju spojeve sastavnih delova uređaja i određuju provodnike, skupove žičanih vodova, kablove i druge spojne elemente uređaja, kao i mesta njihovog spajanja. Raspored komponenata na šemi treba da daje približnu predstavu o njihovom stvarnom položaju u uređaju ( sl. 2.6. ).

Slika 2.6. - Montažna šema

Provodnici, skupovi žičanih vodova i kablovi u šemama se predstavljaju

odvojenim linijama. Svi provodnici pojedinačni i u skupovima treba da imaju sopstvenu oznaku na oba kraja. Pri velikom broju međusobnih veza tabelarno se daju tipovi veza, preseci, a kada je neophodna i višebojna predstava kablova i veza.

Opšte šeme se koriste za predstavljanje sistema u koje ulaze više elektronskih uređaja i njihovih međusobnih spojeva koji se ostvaruju vodovima ili skupovima vodova.

24

33.. NNIIVVOOII KKOONNSSTTRRUUIISSAANNJJAA

3.1. KONSTRUKCIONA HIJERARHIJA

U konstrukciji elektronskog sistema razlikuje se pet strukturnih nivoa.

Na nultom nivou nalaze se konstrukciono nedeljive pasivne ili aktivne komponente uključujući integrisana kola (IK).

Na prvom nivou nedeljive komponente se objedinjavaju na štampanoj ploči pri čemu obrazuju ćeliju, tipski zamenljivi element (TZE). U ovaj prvi strukturni nivo mogu se klasifikovati i velika hibridna integrisana kola.

Drugi nivo uključuje konstrukcione jedinice predviđene za mehaničko i električno

objedinjavanje elemenata prvog nivoa: panel, subblok, blok.

Treći nivo hijerarhije - elektronski uređaj realizuje se u vidu kutije ili ormana čija je unutrašnjost ispunjena konstrukcionim jedinicama drugog nivoa.

Četvrti , poslednji nivo predstavlja sistem od nekoliko elektronskih uređaja koji su međusobno spojeni kablovima (npr. ERM ).

Ovakva podela konstrukcije elektronskog uređaja na nivoe omogućava:

a) proizvodnju po nezavisnim ciklusima za svaki strukturni nivo, b) automatizaciju procesa montaže, c) skraćenje perioda podešavanja, d) automatski razmeštaj komponenata i trasiranje međuveza, e) unifikaciju test opreme i f) povećanje pouzdanosti konstrukcionih jedinica.

Na sl. 3.1c. predstavljena je jedna od najrasprostranjenijih varijanti konstruktivne hijerarhije univerzalnih elektronskih računskih mašina složene strukture - ćelijska. Prvi nivo (ćelija) predstavlja tipičan zamenljivi deo, koji je konstruktivno zaokružen i po tehnologiji samostalan. Ovi zamenljivi delovi su pravougaone štampane ploče sa konektorom i ručkom. One se montiraju u panele - metalnu konstrukciju koja sadrži odgovarajuće konektore za ćelije, napajanje, uzemljenje. Nekoliko panel konstrukcija se stavlja u kutiju u kojoj još mogu da se nalaze blokovi za napajanje, ventilaciju, blokadu i sl.

Nivoi konstruisanja

25

Slika 3.1a. – Panel (subblok)

Slika 3.1b. – Izgled elektronskog uređaja

Nivoi konstruisanja

26

Konstrukciona hijerarhija u kojoj se kao zamenljivi elementi (TZE) koriste moduli različite dužine (umesto ćelija) - naziva se modularna. Subblok ili podsklop (II) je pljosnata konstrukcija koja objedinjuje module. Subblokovi se direktno montiraju u kutije - ormane (III) bez dodatnih konstrukcionih jedinica koje se kombinuju u uredaj (ERM).

Slika 3.1c. – Ćelijska varijanta konstrukcione hijerarhije (velikih) elektronskih računskih mašina (ERM)

27

44.. ZZAAŠŠTTIITTAA KKOOMMPPOONNEENNAATTAA II UURREEĐĐAAJJAA

Da bi komponente i uređaji mogli da rade kako treba neophodno ih je zaštititi od uticaja spoljne sredine. Ta zaštita obuhvata:

inkapsulaciju i hermentaciju problematiku oklopljavanja zaštitu od povišenih temperatura obezbeđenje uređaja od smetnji zaštitu od mehaničkih dejstava

4.1. OKLOPLJAVANJE

Pri oklopljavanju razlikuju se dva osnovna slučaja :

1) Magnetno oklopljavanje pomoću oklopa od materijala velike magnetne propustljivosti. Zahvaljujući svojoj velikoj propustljivosti oklop odvodi energiju polja smetnji mimo oklopljenog objekta.

2) Elektromagnetno oklopljavanje, kada se oklop pravi od materijala sa velikom

električnom provodnošću. Oklopljavanje se ostvaruje zahvaljujući uticaju vihornih struja koje se indukuju u materijalu pod dejstvom polja smetnji. Zato se javlja veliko povratno dejstvo oklopa na izvor polja smetnji (kalem,transformator,generator).

Često se oba načina oklopljavanja primenjuju istovremeno u različitim kombinacijama. Ovde će se razmotriri: - principi oklopljavanja i vrste, - teorijski osnovi i konstrukcije oklopa.

4.1.1. PRINCIP OKLOPLJAVANJA I VRSTE

Da bi se odstranile parazitne sprege između pojedinih delova elektronskih uređaja, odnosno da bi se odstranio uticaj spoljašnjih polja na pojedine komponente, koriste se oklopi. Konstrukcija i materijal za oklope se bira u zavisnosti od vrste i jačine polja od

Zaštita komponenata i uređaja

28

koga se zaštićuje komponenta od spoljašnjeg prostora. Prema principu dejstva oklopa razlikuje se elektrostatičko, magnetostatičko i elektromagnetno oklopljavanje. Elektrostatičko oklopljavanje se sastoji od zatvaranja električnog polja na površini metalnog oklopa i odvođenja naelektrisanja u kućište uređaja (sl. 4.1.1.).Ako se npr., između elemenata konstrukcije A, koji je izvor električnog polja i elemenata B, na koji električno polje štetno deluje, ubaci oklop D, koji je uzemljen, on će prihvatiti silnice električnog polja, čime vrši zaštitu elemenata B od štetnog dejstva elemenata A.

Slika 4.1.1. Električno oklopljavanje

a) električno polje između elemenata A i B; b) zatvaranje električnog polja pomoću oklopa D Magnetostatičko oklopljavanje se sastoji od zatvaranja magnetnog polja u debelom oklopu što je posledica njegove velike magnetne provodnosti. U datom slučaju materijal oklopa treba da ima veliku magnetnu propustljivost. Princip dejstva magnetostatičkog oklopa je dat na sl.4.1.2. Magnetni fluks, koji obrazuje element konstrukcije 1 (u datom slučaju provodnik), zatvara se kroz zidove magnetnog oklopa, jer oklop ima malu magnetnu otpornost.

Slika 4.1.2. – Princip dejstva magnetostatičkog oklopa: 1) Izvor smetnji, 2) Deo koji se oklopljava, 3) Oklop (μ>>1)

Efikasnost takvog oklopa je veća što je veća njegova magnetna propustljivost i debljina. Sa povećanjem dimenzija oklopa njegova efikasnost opada. Magnetostatički oklop se uspešno upotrebljava samo pri jednosmernom polju i u opsegu niskih frekvencija.


29

Elektromagnetno oklopljavanje ili oklopljavanje pomoću vihornih struja zasniva se na korišćenju magnetne indukcije. Princip dejstva elektromagnetnog oklopljavanja je prikazan na sl.4.1.3. Ako se na put homogenom naizmeničnom magnetnom polju postavi bakarni cilindar (oklop) u njemu će se indukovati naizmenične ems , koje sa svoje strane obrazuju indukcione vihorne struje. Magnetno polje ovih struja će biti zatvoreno. Unutar cilindra ono je suprotno usmereno, dok je izvan cilindra istog smera kao i pobudno polje. Rezultantno polje (sl.4.1.3c) je oslabljeno unutar, a pojačano van cilindra, tj. polje se potiskuje iz prostora koji okružuje cilindar, a u tome se i sastoji njegovo dejstvo oklopljavanja. Iz opisanog principa dejstva elektromagnetnog oklopljavanja očigledno je da se njegova efikasnost povećava sa povećanjem suprotnog polja, koje je veće što su veće vihorne struje koje protiču kroz cilindar.

Pošto se vihorne struje neravnomerno raspoređuju po dubini zidova oklopa,sa povećanjem frekvencije se smanjuje dubina s (vidi sledeći odeljak 4.1.2.) prodiranja struje u zidove oklopa.Pri tome struja raste u površinskim slojevima oklopa,usled čega raste magnetno polje koje iz oklopa potiskuje polje smetnji. Slika 4.1.3. - Princip dejstva elektromagnetnog

oklopljavanja: a) ravnomerno naizmenično magnetno polje, b) bakarni cilindar (oklop), c) rezultantno polje.

Kod magnetostatičkog i elektromagnetnog oklopljavanja u oklopu se gubi deo energije. Zato se materijal oklopa i njegove dimenzije biraju prema dozvoljenim gubicima koje on unosi u oklopljeno kolo. Elektrostatičko oklopljavanje u oklopu ne izaziva pojavu struja imalo značajne vrednosti. Zbog toga za ovakve okope parametri nemaju bitnog značaja. Dakle, oklopi koji dobro ispunjavaju ulogu kao magnetostatički ili elektromagnetni, biće efikasni i kao elektrostatički oklopi.

4.1.2. TEORIJSKE OSNOVE OKLOPLJAVANJA – OTVORENI OKLOPI

Procesi oklopljavanja od električnoh i elektromagnetnih polja povezani su sa strujama koje teku kroz zidove oklopa. Zbog toga se ne mogu koristiti jednostavni metodi za proračun oklopa na principu spregnutih električnih kola, pri čemu je oklop deo kola, jer se ne mogu zanemariti električni i magnetni površinski efekti.


30

Analiza oklopljavanja se može izvršiti pomoću dva metoda : korišćenjem navedenih potencijala ili razmatranjem elektromagnetnog oklopljavanja talasnim metodama, pri čemu se dejstva oklopa izražavaju pomoću talasnih karakteristika dielektrika i metala od kojih je napravljen oklop. U oba slučaja ispitivanje oklopa se bazira na primeni Maksvelovih jednačina. Za harmonijske oscilacije te jednačine imaju, kao što je poznato, oblik: → → → → rot H = ( σ + jωεa ) K = σ K + jωD → → → rot K = - jωμaH = - jωB Na taj način se dobija veličina s koja ima dimenziju dužine i naziva se ekvivalentna dubina prodiranja . Veličina s [mm] računa se iz jednakosti :

(4.1.1)

Ovde je ρ - specifična otpornost u Ω mm2 / m ; μa/μ0 = μr - relativna vrednost magnetne propustljivosti materijala, gde je μa - apsolutna magnetna propustljivost ; μ0 - magnetna propustljivost vakuma. Na slici 4.1.4. pokazana je zavisnost s od frekvencije za neke materijale.

Slika 4.1.4. – Ekvivalentna dubina prodiranja u Valjanost oklopa se definiše ili zavisnosti od frekvencije za različite koeficijentom S oklopljavanja ili metale slabljenjem b. Hi S = —— (4.1.2a) Ha


31

1 1 b = ln — [Np] ili b = 20 log — [dB] (4.1.2b) |S| |S| gde su Ha i Hi magnetsko polje izvan i unutar oklopa respektivno. S je u opštem slučaju kompleksna veličina.

4.2. PROBLEMI ODVOĐENJA TOPLOTE I HLADNJACI (RADIJATORI )

Termička analiza elektronskih uređaja i naprava zahteva poznavanje osnovnih načina i mehanizama prenošenja toplotne energije. U ovom poglavlju biće opisani osnovni termodinamički procesi kao i njihove karakteristike. Toplotna energija može da se prostire na tri načina i to su:

1. Provođenje ili kondukcija 2. Strujanje ili konvekcija 3. Zračenje ili radijacija

Zavisno od toga šta se dešava sa telima koja razmenjuju toplotu, razmena toplote se opisuje različitim jednačinama.Tela koja razmenjuju toplotu po fizičkim svojstvima supstance mogu biti homogena i heteropena, izotropna i anizotropna. Sredina u kojoj se vrši razmena toplote može biti jednofazna i višefazna. Sve to zadaje velike probleme pri teorijskoj analizi razmene toplote. Zbog toga se često kod prostiranja toplote radi sa matematičkim modelom tela i sredine u kojoj se izvodi proces. Na ovaj način uprošćava se analiza teorijskog proračuna razmene toplote.

4.2.1. PROSTIRANJE TOPLOTE PROVOĐENJEM

Provođenjem toplote , toplotna energija se prenosi sa molekula na molekul u samom telu ili sa jednog tela na drugo uslovljavajući pri tome promenu temperature posmatrane sredine.Ovaj vid prostiranja toplote moguć je u svim agregatnim stanjima. Mehanizam kondukcije može biti baziran kako na mikro tako i na makro nivou.U primeni na mikroelektronske komponente, teorijska i praktična analiza kondukcije se bazira na makroskopskim fenomenima klasične termodinamike.

Osobine prenosa toplote se elektronskih sistema su vrlo teške za opisivanje, pa su zbog toga poželjnije analitičke i eksperimentalne tehnike.Prema hipotezi J. Fourier-a o prostiranju toplote kondukcijom,količina toplote δQ koja prođe kroz površinu dA u vremenu dT proporcionalna je gradijentu temperature na izotermsku površinu, površini i vremenu:


32

∂ T δQ = - λ dAdT (4.2.1) ∂n

Eksperimentalno je utvrđeno da je koeficijent proporcionalnosti λ fizička veličina materijala koja zavisi od vrste i strukture materijala, temperature i agregatnog stanja i zove se koeficijent provođenja toplote . Odavno postoje merene i tabulisane vrednosti koeficijenata provođenja toplote za veliki broj materijala. Njegovu prirodu otkriva mikroskopsko posmatranje termičke konduktivnosti, kao jednog neravnotežnog toplotnog stanja supstance. Mikroskopsko određivanje koeficijenta provođenja toplote bazirano je na merenju neophodnog vremena za uspostavljanje termičke ravnoteže. Makroskopski koeficijent provođenja toplote proračunava se prema Fourier-ovom zakonu: q λ = (4.2.2) ∂T ∂n Često se u praktičnim problemima uzima linearna zavisnost koeficijenta provođenja toplote od temperature. U jednačini (4.2.1) znak "−" dolazi jer je pozitivan gradijent od niže ka višoj temperaturi, a toplota se prenosi obrnuto gradijentu temperature ( II princip termodinamike). Količina toplote preneta u jedinici vremena zove se toplotni fluks i iznosi : dQ · ∂T = Q = - λ dA (4.2.3) dT ∂n Prenos toplote provođenjem kod metala izvodi se preko slobodnih elektrona. Predaja toplote usled kretanja atoma takođe postoji, ali je ona neznatna u odnosu na prenos toplote slobodnihm elektronima. Pri kretanju elektrona iz toplije u hladniju sredinu oni predaju toplotu atomima, a i obrnuto, oduzimaju je od atoma. Kako su kod metala osnovni nosioci toplote elektroni , to postoji direktna zavisnost između koeficijenta provođenja toplote i koeficijenta elektroprovodnosti. Ukupni koeficijent provođenja toplote može se napisati u obliku: λ = λf + λe (4.2.4) λf - koeficijent provođenja toplote fononima λe - koeficijent provođenja toplote elektronima


33

Sa povećanjem temperature veće je rasejanje elektrona što izaziva smanjenje koeficijenta provođenja toplote. Postojanje malih nečistoća (primesa) u metalu takođe izaziva znatno smanjenje koeficijenta provođenja toplote. To se javlja kao posledica nejednorodne strukture materijala što takođe dovodi do rasejanja elektrona.

4.2.2. PROSTIRANJE TOPLOTE STRUJANJEM

Konvektivno prostiranje toplote obuhvata proces razmene toplote pri kretanju fluida (tečnosti i gasova). Pri tome dolazi do simultanog prostiranja toplote kondukcijom i konvekcijom. Fluid se kreće iz sredine sa jednom temperaturom, dolazi u dodir sa sredinom druge temperature i pri tome se razmenjuje toplota. To je takozvani molarni prenos toplote jer je uslovljen molarnim kretanjem radnog fluida. Ukoliko ne postoji kretanje (brzina fluida je nula) nema ni razmene toplote konvekcijom. Ako u jedinici vremena kroz jediničnu kontrolnu površinu prolazi masa fluida ρω, to se sa tom masom prenosi i toplotni fluks: · → qk = ρω H (4.2.5) ρ – gustina fluida ω – brzina fluida H – entalpija Kako pored konvektivnog prenošenja toplote dolazi do kontakta pojedinih čestica različitih temperatura tu se toplota prenosi kondukcijom, pa je ukupna razmena toplote: → q = qp + qk = – λ 2 T + ρω H (4.2.6)

Mnogo ranije nego što se znalo koje veličine utiču na razmenu toplote konvekcijom, Newton je dao sledeću hipotezu o prostiranju toplote konvekcijom, koja glasi: Q = α S ( T1 – T2 ) τ [ kJ ] (4.2.7) Φ = α S ( T1 – T2 ) [ kW ] (4.2.8) T1 – T2 q = α ( T1 – T2 ) = ——— [ kW/m2 ] 1 α α – koeficijent prelaza toplote 1/α – specifični koeficijent otpora prelaženju toplote od fluida na ravn zid


34

S(m2) – dodirna površina na kojoj se vrši razmena toplote T1(˚C) – temperatura fluida T2(˚C) – temperatura zida τ ( s) - vreme razmene toplote

Koeficijent prelaza toplote α zavisi od više veličina:

Brzine strujanja fluida ω, načina strujanja fluida (laminarno, turbulentno i prelazni režim), temperature fluida T1 i zida T2, specifične toplote fluida Cp, njegove gustine ρ, viskoznosti η, koeficijenta toplote provodnosti k . . .

Pri analizi konvektivnog prostiranja toplote potrebno je odrediti funkcionalnu zavisnost gustine, brzine i pritiska od temperature tako da je proces u potpunosti definisan velikim skupom diferencijalnih jednačina:

Naive – Stoksova jednačina kretanja fluida, jednačina kontinuiteta, jednačina energije (I princip termodinamike) i jednačina razmene toplote na granici čvrstog tela i okoline. Pri analitičkom rešavanju ovih diferencijalnih jednačina nailazi se na velike teškoće koje se razrešavaju teorijom sličnosti kod konvektivnog prostiranja toplote.

4.2.3. PROSTIRANJE TOPLOTE ZRAČENJEM

Zračenje ili radijacija je sasvim drugačiji vid prostiranja toplote u odnosu na prva dva načina. Zračenjem se toplota prostire elektromagnetnim talasima. Ovaj vid prostiranja toplote nije vezan za supstancu već je moguće preneti toplotu zračenjem i kroz vakum.Unutrašnja energija tela transformiše se u zračnu, a zračna energija je po svojoj prirodi bitno različita od prve dve, jer se toplotni fluks energija vezanih za supstancu može preneti samo u smeru monotono opadajuće temperature. Nasuprot tome, toplotni fluks zračne energije može se preneti i kroz sredine sa višom , jednakom ili nižom temperaturom nego što su temperature dva tela koja razmenjuju toplotu. Pri apsorpciji elektromagnetnog talasa od strane nekog drugog tela, talasi se transformišu u energiju toplotnog kretanja molekula. Nosioci energije zračenja su elektroni i joni. Zračna energija prenosi se najsitnijim oblicima energije – fotonima (svetlosnim kvantima). Fotoni su materijalne čestice određene energije , količine kretanja i elektromagnetne mase. Može se smatrati da je toplotno zračenje izvođenje procesa u fotonskom gasu.

Zakoni toplotnog zračenja su: Plankov zakon, Wienov zakon, Kirchoffov zakon, Lamertov zakon i drugi. Emitovanje zračne energije nekog tela ne zavisi od stanja okoline u kojoj se telo nalazi, već samo od stanja površine tela koje emituje i od temperature površine tela koje prima zračnu energiju. Efektivna zračna energija je funkcija međusobnog uticaja svih tela koje zrače, pa zato proračun razmenjene toplote postaje komplikovan. Proračun razmene toplote zračenjem može se izvesti raznim metodama kao što su: metoda efektivnih topolotnih flukseva, metoda višestrukog odbijanja toplotnog zraka, saldo metoda, algebarska metoda i eksperimentalno.


35

4.2.4. RADIJATORI (HLADNJACI)

Preko običnih spoljašnjih površina (poluprovodničkih) elemenata (dioda, tiristora, tranzistora i dr.) ne može uvek da se obezbedi neophodno hlađenje. Tako temperatura elemenata u određenim uslovima može da pređe dozvoljenu vrednost. Da se ovo ne bi desilo neophodno je povećati površinu preko koje se odaje toplota. U tu svrhu koriste se radijatori – hladnjaci. Izbor vrste radijatora vrši se na osnovu zadatog toplotnog režima, srednje snage disipacije i statičkih toplotnih parametara elemenata koji radi sa konstantnim opterećenjem. U impulsnom radnom režimu i u trenutku uključivanja javlja se i adiabatsko zagrevanje unutrašnjih delova elemanata čija je temperatura određena i toplotnom kapacitivnošću. Kao odvodnici toplote mogu se racionalno iskoristiti šasija i kućište elemanata. Ukoliko to nije moguće upotrebljavaju se individualni toplotni odvodnici – radijatori. Kao što je navedeno , odvođenje toplote i disipacija toplotne energije ostvaruje se na tri načina: toplotnom provodnošću, konvekcijom i zračenjem. Ovde će biti još jednom istaknuto da :

Toplotnom provodnošću može se odvesti snaga Pλ koja je određena relacijom: λ Pλ = — (T1 – T2) S (4.2.9) δ gde je P – snaga toplotnog fluksa, λ- toplotna provodnost materijala, δ- dužina puta toplotnog fluksa, S – površina poporečnog preseka, T1 i T2 – temperature u presecima 1 i 2.

Stacionarni toplotni režim kod konstantne veličine toplotnog fluksa uspostavlja se tek nakon izvesnog vremena. Sa površine elemenata ili radijatora toplota se odvodi konvekcijom i zračenjem.

Konvekcijom se predaja toplote ostvaruje samo u gasovima i tečnostima.Konvekcija može da bude prirodna i prinudna. Snaga koja se prenosi konvekcijom određuje se relacijom: Pk = αk S ( T – Ta ) (4.2.10) gde je αk - koeficijent prenosa toplote konvekcijom, S – površina preko koje se vrši toplotna razmena, T – temperatura površine, Ta – temperatura okolne sredine ( u ˚C).


36

Zračenjem se predaje količina energije, koja je srazmerna četvrtom stepenu apsolutne temperature tela:

Pkr = f ε σ (Ts4 – Ta

4) S (4.2.11) gde je f - koeficijent glatkosti (konfiguracije) površine (f≤1), ε – stepen crnoće površine (ε<1) ; (za apsolutno crno telo ε = 1 ) i σ = 0,579 · 10-11 W/cm2 K4 – Stefan-Bolcmanova konstanta, T – apsolutna temperatura, indeksi s – površina koja zrači , a – ambijent-okolina.

Količina toplote koju zrači površina S1 na površinu S2 ili u okolnu sredinu može se zapisati približno kao :

Pr12 = αr (T1 – T2) S1 (4.2.12) gde je αr – svedeni koeficijent prenosa toplote zračenjem: 3 T1 + T2

α12 ≡ αr ≈ 4 · f σ ε ——— (4.2.13) 2 gde su T1 i T2 - temperature na površinama 1 i 2 ( u K ).

Tako će ukupni koeficijenti prenosa toplote α uključiti u sebe i koeficijent konvekcije αk i koeficijent zračenja αr : α = αk + αr (4.2.14)

Pomoću prirodnog hlađenja radijatora može se odvoditi nekoliko puta veća snaga nego kod prinudnog hlađenja.Ako se umesto vazduhom hlađenje vrši vodom,sa radijatora se može odvesti desetak puta veća količina toplote.

4.2.5.1. Analogija između električnih i toplotnih veličina

Analiza toplotnih procesa najjednostavnije se ostvaruje pomoću analogije između električnih i toplotnih veličina. Toplotni fluks u jedinici vremena usled temperaturne razlike između dve tačke analogan je električnoj struji, koja teče pod dejstvom razlike potencijala. U tabeli 4.2.1. date su toplotne veličine i njihove analogne električne veličine:


37

Tabela T - 4.2.1 . – Toplotne veličine i njihove analogne električne veličine Znači " Omov zakon" zapisuje se kao : 1 δ V1 – V2 = U = I ΣRi → (T1 – T2 ) = P ΣRTi , RTi = — — (4.2.15) λi Si U daljem teksu se indeks T izostavlja.

Koristeći se analogijom može se dati ekvivalentna šema prenosa toplote za poluprovodnički element (sl. 4.2.1.), gde je Rpt – toplotna otpornost između p-n prelaza u poluprovodničkom elementu i tela. R*

ta – otpornost između tela i okolne sredine. Rtr – otpornost između tela i radijatora i R*

ra – otpornost između radijatora i okolne sredine.

Slika 4.2.1. – Ekvivalentna šema sa radijatorom ( indeksi p,t,r i a su za prelaz , telo , radijator i ambijent , respektivno )

TOPLOTNA VELIČINA SIMBOL JEDINICA

ANALOGNA ELEKTRIČNA

VELIČINA SIMBOL JEDINICA

Količina toplote Q cal Naelektrisanje q C

Toplotni protok

• Q

W Električna struja I A

Temperaturna razlika ∆T=T1-T2 ˚C ili K Napon (razlika

potencijala) U=V1-V2 V

Toplotna otpornost δ/λS RT ˚C/W ili

K/W Električna

otpornost ρl/S R Ω

Spec.toplotna provodnost λ W/Km Spec.električna

provodnost σ=I/ρ S/m

Toplotni kapacitet CT J/K Električna

kapacitivnost C F=C/V

Toplotna vremenska konstanta

E s Vremenska konstanta RC s

Vreme τ s Vreme τ s


38

U odsustvu radijatora toplotna otpornost se svodi na :

Rpa = Rpt + R*ta (4.2.16)

"Magnetska" analogija bi bila NI = ΦΣ Rmi , Rmi = (1/μa) · (l/s) , gde je Rm – magnetski otpornost – reluktansa. U prisustvu radijatora ekvivalentna toplotna otpornost Rtae između tela i okolne sredine ( na Ta ) je: R*

ta (Rtr + R*ra )

Rtae = ——————— (4.2.17) R*

ta + Rtr + R*ra

Obično je Rtr + R*

ra << R*ta pa je Rtae ≈ Rtr + R*

ra Toplotne otpornosti Rta i Rra određuju se pomoću obrazaca različitih od (4.2.27) (zato zvezdica) : 1 1 R*

ta = —— ; R*ra = —— (4.2.18)

αt St αr Sr

gde je St – površina tela ; Sr – površina radijatora. U stacionarnom radnom režimu svaki deo toplotnog puta zagrejan je do određene konstantne temperature. Impulsni radni režim odlikuje se nestacionarnim procesima, pa se u ekvivalentnu šemu uvodi kapacitivnost, koja odražava vremensku promenu fluksa u odvojenim delovima toplotnog puta.Brzina promene toplotnog fluksa određuje se koeficijentom temperaturne provodnosti.

Imajući u vidu da je veličina specifične toplotne kapacitivnosti Cp jednaka količini toplote, koja posmatranom telu jedinične mase povećava temperaturu za 1˚ C,dobija se:

CT = G CP (4.2.19) gde je G – masa tela i CP – spe-

Slika 4.2.2. - Ekvivalentna šema za nestacionarni cifična toplotna kapacitivnost. radni režim


39

Na slici 4.2.2. pokazana je pojednostavljena ekvivalentna šema za poluprovodnički element sa radijatorom uzimajući u obzir i toplotne kapacitivnosti (C). Promene temperature u slučaju impulsne pobude pokazana je grafički na sl.4.2.3. U tom slučaju, maksimalna temperatura poluprovodni- čkog elementa može biti nekoliko puta veća od srednje temperature. Slika 4.2.3. – Promena temperature u impulsnom radnom režimu

4.2.4.2. Projektovanje radijatora

S ekonomske tačke gledišta najekonomičniji je pločasti radijator, ali se ploče manjih debljina (2-5 mm) ne mogu koristiti kod većih snaga. Zbog jednostavnosti izrade za veće snage se najčešce upotrebljava rebrasti radijator (sl. 4.2.4.).

Izbor jednog ili drugog tipa radijatora i načina njegovog hlađenja određuje se u svakom konkretnom slu-čaju različitim faktorima: konstruktivnim zahtevima elektronskog uredaja i uslovima njegove eksploatacije kao i ekonomskim činiocima. Eksperimentalno je ustanovljeno da nema smi-sla uvećavati dimenzije radijatorskih ploča (H x D) iznad 150 x 150 mm2, a visinu krakova i rebara iznad 40 mm. Iz tabele 4.2.2. vidi se da su za izradu radijatora najpogo-nije legure aluminijuma.

Slika 4.2.4. – Rebrasti radijator - dimenzije


40

Zaštita radijatora može biti ostvarena na razne načine: anodiranjem, oksidacijom

i dr. Ako se radijator prekrije slojem laka ili boje debljine do 50 μm, povećava se odvođenje toplote konvekcijom (pri brzini vazduha do 4 m/s), jer lak ispunjava mikroneravnine na površini radijatora (lak bolje provodi toplotu od vazduha).

Tabela T - 4.2.2. - Specifična masa - gustina ( γ ) i provodnost ( λ ) nekih materijala

4.3. ZAŠTITA UREĐAJA OD SMETNJI

Kao smetnje u uređajima manifestuju se spoljašnja ili unutrašnja dejstva koja dovode do izobličenja diskretne informacije u toku njenog čuvanja, transformisanja, obrade ili prenosa. Zaštita od smetnje je važna zbog sledećih razloga:

1. Energetski nivo informacionih signala ima tendenciju smanjenja, dok se energetski nivo spoljašnjh smetnji neprekidno povećava.

2. Zbog smanjenja gabarita aktivnih elemenata i njihovih međusobnih veza (veće gustine pakovanja ) povećava se uzajamna sprega između elemenata.

3. Usložnjavanjem računarskih sistema, kod kojih postoji sve više periferijskih jedinica, i sa elektromehaničkim komponentama, dolazi do povećanja nivoa smetnji.

4. Računarska tehnika ulazi u sve sfere ljudske delatnosti. Uvođenje računara u objekte sa visokim nivoom smetnji (fabrika, institut, elektrana, mobilni objekat i dr.) u prvi plan izbacuje zahtev za obezbeđenjem otpornosti na smetnje. Smetnje mogu biti klasifikovane po uzorku pojave, karakteru i putevima

prostiranja (sl. 4.3.1.).


41

Veze izmedu elemenata u uređajima ostvaruju se na različite načine:

• za relativno spore uređaje:štampani ili montažni provodnici, • za uredaje sa povećanom brzinom - bifilarni provodnici. Veze mogu biti "kratke" i "dugačke".

U "kratkim" vezama vreme prenosa signala je znatno manje od prednjeg fronta (to su linije s koncentrisanim parametrima R. L. C).

" Duga" linija se karakteriše vremenom prostiranja signala koje je mnogo duže od

prednje ivice impulsa (vremena). To su linije s raspodeljenim parametrima.

Po pravilu, na ćelijama i modulima linije su "kratke".

U panelima, blokovima i subblokovima linije su uglavnom "dugačke". Broj "dugih" linija u računarima raste sa porastom brzine rada. Kada se odreduje nivo smetnje u vezama, mora se voditi računa o električnim parametrima linija. Za kratke linije to su: Li - induktivnost i - te linije; C1 - kapacitivnost i - te linije (prema masi); Ri - otpornost i - te linije; Cij - kapacitivnost izmedu susednih linija; Mij - međusobna induktivnost između susednih linija; Gij - provodnost izolacije između susednih linija.

Za duge linije: isti parametri po jedinici dužine i Z = (L/C)1/2 - karakteristična

impedansa linije. Pri proračunu smetnji treba znati i ulazne i izlazne otpornosti IC (inte-grisanih kola). Poznato je da logička IC pri prelazu iz "0" u "1" menjaju ulazno/izlazne otpornosti za nekoliko redova veličine.


42

Slika 4.3.1. – Klasifikacija smetnji Konstruktivno nepravilno izrađeni elementi impusnog električnog kola unose izobličenja impusnih oblika. Osnovni procesi, koji se javljaju u električnim kolima sa impusnim signalima i u kolima sa neprekidnim signalima su analogni. Zato su i putevi njihove zaštite od signala smetnji takođe približno jednaki. Međutim, u konstruisanju impusnih kola često se primenjuju takva tehnička rešenja koja se ne koriste (ili se ne mogu koristiti) u konstrukcijama uređaja sa neprekidnim signalima.

43

55.. PPOOUUZZDDAANNOOSSTT UURREEĐĐAAJJAA

U svakodnevnom životu vrlo često su u upotrebi pojmovi koji se odnose na

pouzdanost tehničkih proizvoda i objekata. Njihovo značenje se obično podrazumeva. Međutim, radi kvantitativnog određivanja pojednih veličina i parametara koji karakterišu te pojmove neophodno ih je precizno definisati. Egzaktan pristup ovom problemu bazira se na teoriji pouzdanosti kao naučnoj disciplini koja se bavi proučavanjem zakonitosti kojih se treba pridžavati pri projektovnju, konstrukciji, ispitivanju, proizvodnji i eks-ploataciji tehničkih proizvoda kako bi oni imali što duži radni vek, a time i maksimalni radni učinak.

U zavisnosti od preciznosti, za pouzdanost kao pojam mogu se sresti definicije koje se međusobno neznatno razlikuju.

Najjednostavnije rečeno pouzdanost je sposobnost objekta ( komponente, uređaja, sistema) da uspešno obavlja zadatu mu funkciju, pod određenim uslovima, u datom vremenskom intervalu.

Šta je, zapravo, pouzdanost najpotpunije objašnjava sledeća definicija:

Pouzdanost je verovatnoća, na određenom nivou poverenja, da će sistem us-pešno, bez otkaza, obaviti funkciju za koju je namenjen, unutar specificiranih granica performansi, u toku specificiranog vremena trajanja zadataka, kada se koristi na propisani način i u svrhu za koju je namenjen, pod specificiranim nivoima opterećenja, uzimajući u obzir i prethodno vreme korišćenja sistema.

Ove definicije ukazuju na kompleksnost pouzdanosti, koja u zavisnosti od namene objekata i uslova njegove eksploatacije može obuhvatiti bezotkaznost, trajnost, pogodnost za opravke ili sposobnost da se sačuva skup određenih svojstava u dužem vremenskom periodu, pri čemu se ta svojstva mogu odnositi na celokupan objekat ili samo na neke njegove delove.

U navedenim definicijama prisutna su dva nezaobilazna faktora: vreme rada i us-lovi rada. Podaci koji se daju za pouzdanost objekta merodavni su samo u navedenom vremenskom intervalu i specificiranim uslovima korišćenja.

Vidi se da je pouzdanost verovatnoća, što znači broj između 0 i 1 ili u pro-centima 0% i 100%. Može se predstaviti kao odnos broja uspešno obavljenih zadataka sistema ( )tn1 prema ukupnom broju ovih zadataka ( )tn :

Pouzdanost uređaja

44

( ) ( )( )tntntR 1ˆ = (5.1)

gde je t vreme trajanja zadatka. ( )tR je procena pouzdanosti jer je broj zadataka sistema

( )tn konačan broj. Stvarna pouzdanost se dobija kada broj zadataka sistema teži bes-konačnosti, tj. :

( )( )

( )tRtRtn

ˆlim∞→

= (5.2)

Zbog nepodudarnosti procene sa stvarnom vrednošću, uvodi se pojam nivoa poverenja. To je verovatnoća da je neki parametar pouzdanosti unutar datih granica. Statističke procene se obično predstavljaju u vidu intervala vrednosti, uz verovatnoću tj. poverenje da će stvarna vrednost biti u tom intervalu. Krajnje tačke tog intervala zovu se granice poverenja. Ako se kaže, na primer, da je pouzdanost nekog sistema 0,95 na nivou poverenja 0,9 to znači da postoji rizik od 10% da je pouzdanost tog sistema manja od 0,95. Dakle, u toku konstruisanja nekog sistema, nije dovoljno samo postaviti zahtev u vezi sa vrednošću pouzdanosti koju sistem mora da zadovolji, već treba dodati i nivo po-verenja tako da bude poznat rizik u vezi sa postizanjem te pouzdanosti.

Rad bez otkaza dobija se kada su sve performanse sistema u skladu sa speci-fikacijama. Prethodno vreme korišćenja sistema je veoma važno i mora se uzeti u obzir prilikom izračunavanja pouzdanosti izvršenja tog zadatka. Matematički, to se može izra-ziti jednačinom:

( ) ( ) ( )tTRTRtTR ,=+ (5.3)

Samo u slučaju konstantnih (slučajnih) otkaza, pouzdanost ne zavisi od prethodnog vremena korišćenja tj. tada važi:

( ) ( )tRtTR =, (5.4)

Vreme trajanja zadatka je obrnuto proprcionalno nivou pouzdanosti. Ako se želi veoma visoka pouzdanost onda vreme trajanja zadatka treba da je što kraće.

Pouzdanost uređaja

45

5.1. OSNOVNI POKAZATELJI POUZDANOSTI

Sa problemom kvantitativnog izražavanja pouzdanosti povezan je pojam poka-zatelja pouzdanosti. Pod ovim pojmom podrazumeva se kvantitativna karakteristika nekih od svojstava koje određuje pouzdanost.

Do kvantitativnih podataka o pouzdanosti može se, uglavnom, doći na sledeća tri

načina: proračunom, eksperimentalno i u toku eksploatiacije. Prvi način je posebno interesantan za uređaje ili sisteme. Postupak se sastoji u

utvrđivanju stepena pouzdanosti na osnovu poznavanja pouzdanosti komponenata ili blo-kova toga uređaja i predviđenih režima rada. Tako utvrđena pouzdanost je proračunata pouzdanost. Od značaja je pri razvijanju novih tipova uređaja i sistema, kada se u fazi projektovanja uzima u obzir potrebna pouzdanost kao jedan od zahteva koji treba da is-puni projektovani uređaj.

Drugi način dobijanja podataka o pouzdanosti je eksperimentalni. Postoje razne

normalne i ubrzane statičke i dinamičke metode utvrđivanja pouzdanosti u labo-ratorijskim uslovima. Ispitivanja se vrše bilo u normalnim bilo u posebnim režimima rada.

Najzad, najprirodniji način dobijanja podataka o pouzdanosti je na osnovu eksploatacije. Specifičan problem koji se pri tome javlja je organizacija dobijanja informacija i verodnostojnosti dobijenih informacija.

Matematička predstava pokazatelja pouzdanosti je povezana sa teorijom ve-rovatnoće i matematičkom statistikom. Pri praktičnom određivanju pokazatelja po-uzdanosti važno je da u partiji komponenata, na osnovu kojih se izvode zaključci o pouz-danosti komponente, uzroci otkaza svake komponenete budu isti. Ovakva partija kom-ponenata je statistički homogena. Praktično je moguće realizovati statistički homogenu partiju. Homogenu partiju predstavljaju uređaji proizvedeni na istoj proizvodnoj traci od komponenata koje su proizvodili isti proizvođači.

Osnovni pokazatelji pouzdanosti komponenata, uređaja i sistema su: funkcija raspodele otkaza, funkcija pouzdanosti, funkcija gustine otkaza, intenzitet otkaza i sred-nje vreme rada do otkaza i između otkaza.

Ako je T slučajna promenljiva veličina koja označava vreme pojave otkaza onda će verovtnoća otkaza u funkciji od tog vremena biti:

( ) ( )tFtTP =≤ , 0≥t (5.5)

Pouzdanost uređaja

46

Funkcija ( )tF zove se funkcija raspodele otkaza i ona pokazuje verovtnoću da će sistem otkazati do vremena t. U teoriji verovatnoće ova funkcija se zove kumulativna funkcija raspodele.Ako se pouzdanost sistema označi kao verovatnoća bezotkaznog rada u vremenskom intervalu t, može se pisati:

( ) ( ) ( )tTPtFtR >=−= 1 (5.6)

gde ( )tR označava funkciju pouzdanosti. Funkcija gustine otkaza se obeležava sa

( )tf , a na osnovu osnovnih zakona iz teorije verovatnoće može se napisati da je:

( ) ( )dt

tdFtf = (5.7)

Prema teoriji verovatnoće ova funkcija se zove funkcija gustine verovtnoće. Na osnovu gornjih definicija može se napisati izraz za funkciju pouzdanosti:

( ) ( ) ( ) ( )∫∫∞

=−=−=t

t

dttfdttftFtR0

11 (5.8)

Dakle, dovoljno je znati oblik funkcije ( )tf pa da se dobije funkcija

pouzdanosti ( )tR . Pretpostavlja se da se istovremeno ispituje n sistema. Posle određenog vremena

1, nt sistema nisu otkazali, a 2n sistema su otkazali pri čemu je 12 nnn −= . Prema ovome i na osnovu do sada rečenog o pouzdanosti, ( )tR se može izraziti kao:

( ) ( ) ( )( ) ( )tntn

tnn

tntR21

11

+== (5.9)

Znači da ova jednačina pokazuje verovatnoću bezotkaznog rada bilo kog od n

sistema u toku vremena t, jer je ona kao što je rečeno, funkcija vremena. Po logici stvari, jasno je da kako t raste, sve više sistema otkazuje što znači da će pouzdanost opadati. Prethodna jednačina se može napistati u sledećem obliku:

( ) ( ) ( )n

tnn

tnntR 22 1−=−

= (5.10)

Leva i desna strana gornje jednačine se mogu diferencirati pa se dobija sledeće:

( )( )

( )ndt

tdndt

ntnd

dttdR 2

21−=

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ −

= (5.11)

Pouzdanost uređaja

47

pri čemu n ne zavisi od t. Na osnovu ovog se dobija izraz za frekvenciju sa kojom sistem otkazuje:

( ) ( )

dttdRn

dttdn

−=2 (5.12)

Sada je moguće obe strane gornje jednačine podeliti sa ( )tn1 :

( )( )

( )( )

dttdR

tnn

dttdn

tn 1

2

1

1−= (5.13)

Iz predhodne jednačine se može definisati funkcija intenziteta otkaza ( )tλ :

( ) ( )( )

( )( )

dttdR

tRdttdn

tnt 11 2

1

−==λ (5.14)

Odavde se može dobiti opšta formula za funkciju pouzdanosti ( )tR :

( )( ) ( )dtttRtdR tR

Ro

∫∫ λ−=0

(5.15)

odnosno:

( ) ( )dtttRt

∫−=0

ln λ (5.16)

i konačno:

( )( )∫

=λ−

t

dtt

oeRtR 0 , (5.17)

gde je Ro=R(t=0). Formula (5.17.) matematički opisuje pouzdanost na najopštiji način i može se primeniti za bilo koju funkciju gustine otkaza. Iz jednačine (5.6.) može se napisati da je:

( ) ( )tRtF −= 1 (5.18)

pa se zamenom u jednačini (5.17.) dobija:

( ) ( )dt

tdRtf −= (5.19)

Imajući u vidu izraz (5.19.), funkcija intenziteta otkaza može se napisati i u sle-dećem obliku:

Pouzdanost uređaja

48

( ) ( )( )tRtft =λ (5.20)

Značaj ove funkcije je u tome što pokazuje kako se u toku vremena menja intezitet otkaza nekog sistema.

Očekivano vreme bezotkaznog rada definiše se na osnovu sledeće jednačine:

( )dttftTSR ∫∞

⋅=0

(5.21)

Izraz za Tsr(t) može se dobiti i u drugom obliku. Ako se jednačina (5.19.) zameni u jednačinu (5.21.) dobija se sledeće:

( ) ( ) ( )dttRttRtdRtTSR ∫∫∞

∞∞

+−=⋅−=0

00

(5.22)

Prvi deo zbira teži nuli, jer tR(t) za t=0, jasno teži nuli a u svim slučajevima tR(t) kod t→+∞, takođe teži nuli. Na osnovu ovoga, drugi oblik za očekivano vreme bezotkaznog rada sistema je dat sledećim izrazom:

( ) ( )dttRtTsr ∫∞

=0

(5.23)

Ako se sistem koji se ispituje obnavlja održavanjem ili popravkama, tj. u slučaju

takozvanih popravljivih sistema, očekivano vreme bezotkaznog rada je poznato pod nazivom srednje vreme između otkaza (MTBF). Pri tome je jasno da se polazi od pret-postavke da je ponašanje popravljenog sistema u pogledu intenziteta otkaza isto kao kod novog sistema. Kod takozvanih popravljivih sistema govori se o srednjem vremenu do prvog otkaza, ili jednostavno o srednjem vremenu do otkaza (MTTF). Veličine MTBF tj. MTTF treba uvek koristiti kada je specificirana funkcija gustine otkaza, jer nivo po-uzdanosti koji se može pripisati određenoj vrednosti MTBF i MTTF zavisi od oblika te funkcije. Ako se posmatra n sistema koji se ispituju, pri čemu su vremena do otkaza

nttt ,...,, 21 onda će MTBF biti:

∑=

=n

iitn

MTBF1

1 (5.24)

Pouzdanost uređaja

49

5.2. UGRADNJA POUZDANOSTI PRI KONSTRUKCIJI NOVOG UREĐAJA

Pri ugrađivanju pouzdanosti u fazi konstrukcije sistema neophodno je poštovati sledeće:

1. konstruktor stvara konstrukciju i odgovoran je za sve njene karakteristike, uključujući i pouzdanost;

2. svaka konstrukcija ima sebi svojstveni nivo pouzdanosti;

3. ovaj svojstveni nivo pouzdanosti se postiže kada se konstrukcija izrađuje u skladu

sa zahtevima, ali se retko stvarno postiže ili održava ta pouzdanost. Stvarna ili dostignuta pouzdanost je zbog određenih kompromisa proizvodnje, rukovanja, skladištenja itd. uvek manja od svojstvene pouzdanosti;

4. svaki složeni proizvod mora startovati sa konstrukcijom koja ima vrlo visoku

svojstvenu pouzdanost da bi se takav proizvod isporučio kupcu sa željenom ili traženom stvarnom pouzdanošću.

Ukoliko konstrukcija ne poseduje visoku svojstvenu pouzdanost, nemoguće je

postići traženu stvarnu pouzdanost u eksploataciji. Postizanje visoke svojstvene pouzdanosti u nekom složenom sistemu može biti veoma skupo, kako po pitanju troškova, tako i po pitanju vremena, ali se sve to može nadoknaditi kroz smanjenje prozvodnih i eksploatacionih problema kada se obezbedi tražena stvarna pouzdanost.

Da bi se postigla visoka svojstvena pouzdanost moraju se preduzeti mere, počev od koncepta konstrukcije, pa sve do kraja razvoja i završetka konstrukcije. Postojanje funkcije pouzdanosti obezbediće potpuno i adekvatno razmatranje zahteva pouzdanosti. Glavna opasnost je zbog mogućih previda konstruktora, nedostatka znanja iz specifičnih oblasti i opravdanja ponašanja nepostojećim razlozima. Kako nijedan konstruktor ne zna sve, on konsultuje stručne saradnike.Pod pritiskom vremenskih rokova konstruktor ne vrši sva ispitivanja, a posledice nepouzdanosti mogu biti posebno opasne ako su vezane za bezbednost.

Prvobitne zahteve postavljene u fazi konstruisanja potrebno je kritički razmatrati i revidirati dobijanjem novih iskustava, znanja i podataka posle ispitivanja sistema u fazama razvoja i proizvodnje.

Pouzdanost uređaja

50

5.2.1. PRINCIPI KONSTRUISANJA U POGLEDU POUZDANOSTI

U tabeli 5.1. su dati opšti principi konstruisanja u pogledu pouzdanosti, koji ni u kom slučaju ne predstavljaju sve što se može javiti u nekoj situaciji u praksi. Sve što je navedeno u ovoj tabeli treba pažljivo razmotriri i videti da li je primenljivo u datoj situaciji.Ove principe treba poštovati u najvećoj mogućoj meri, a po potrebi se tabela može proširivati. U ovoj tabeli su nabrojani aspekti pouzdanosti koje treba razmotriti prilikom konstruisanja nekog sistema:

1. Konstruisati tako da se otkazi sreče ili svrdu na minimum.

2. Konstruisati poštujući princip jednostavnosti.

3. Predvideti stavljanje elemenata u pripravnosti kada je potrebno postići traženu pouzdanost.

4. Predvideti periodična ispitivanja, ispitnu opremu i proveru delova koji su

podložni otkazima.

5. Predvideti elemente boljeg kvalitetea i materijal koji će zadovoljiti vek trajanja sistema i izdržati maksimalno očekivana opterećenja. Cenu elemenata treba uporediti sa troškovima održavanja, nekorišćenjem sistema itd. 6. Predvideti periodična održavanja 7. Koristiti elemente koji ne zahtevaju održavanje u toku dugog niza godina.

8. Obezbediti jednostavna periodična podešavanja delova podložnih otkazu.

9. Obezbediti samopodešavanje delova podložnih otkazu.

10. Povećati jednoobraznost delova (standardizacija, itd. )

11. Identifikovati oblike otkaza, sprečiti početne otkaze i predvideti odgovarajuća

upozorenja.

12. Obezbediti odgovarajuće stepene sigurnosti između vrednosti kritičnog i radnog opterećenja.

13. Koristiti konstrukcije sa dokazanom pouzdanošću.

14. Koristiti delove sa dokazanom pouzdanošću.

Pouzdanost uređaja

51

15. Koristiti manji broj delova za obavljanje više funkcija.

16. Razmotriti sve uticaje ljudskog faktora.

17. Koristiti modularne konstrukcije, da bi se olakšala zamena u slučaju otkaza

u toku korišćenja.

18. Smanjiti opterećenje elektrotehničkih i drugih delova da bi se povećao vek trajanja.

19. Smanjiti ekstremna opterećenja i preterane varijacije opterećenja (npr. predvideti zaštitu od udara visokih napona ).

20. Obezbediti temperaturnu stabilnost korišćenjem grejača ili klima uređaja.

21. Kontrolisati nivo vlažnosti u svim uslovima korišćenja i skladištenja.

22. Obezbediti izolaciju od udara ili sposobnost da se takvi uslovi podnesu

23. Smanjiti izlaganje toploti i hladnoći ili povećati sposobnost da se takvi

uslovi podnesu.

24. Izbegavati međusobni kontakt nezaštićenih različitih elemenata.

25. Predvideti sigurnosne uređaje za sprečavanje nenamernog razdešavanja.

26. Predvideti zaštitnike da bi se sprečilo da nepozvana lica promene kalibraciju ili oštete delove .

27. Omogućiti jednostavne provere od strane posluge u cilju konstatovanja otkaza koji postoje. 28. Konstruisati tako da se spreče ili svedu na minimum otkazi u toku skladištenja.

29. Predvideti signalne uređaje koji upozoravaju na početak otkaza.

30. Predvideti odgovarajuću dijagnostičku opremu za proveru otkaza

koji predstoje.

31. Koristiti hermetički zaptivene module da bi se sprečili otkazi tih modula u toku korišćenja i skladištenja. 32. Koristiti električne kontakte – odgovarajuće veličine i od kvalitetnog materijala da bi se sprečili otkazi. Takvi kontakti su rastavljivi utikači,

Pouzdanost uređaja

52

relea, četkice generatora i motora, itd. Pri tome se koriste kvalitetne legure, srebrne prevlake, metali otporni na koroziju, živini prekidači, lemljeni spojevi, itd. 33. Koristiti u kalemima (generatori, transformatori itd. ) izolaciju provodnika koja može da podnese visoke temperature. 34. Koristiti električnu izolaciju koja neće pucati sa starenjem i koja je dovoljno jaka da može izdržati grube uslove pri pokretanju sistema ili pri radu na održavanju. 35. Konstruisati tako da se spreči pogrešna montaža ili izostavljanje delova. Tipične konstrukcione greške su stavljanje identičnih rastavljivih utikača jedno pored drugog, delovi koji se mogu montirati na više načina, sklopovi kod kojih nije moguća brza provera spojeva, itd. 36. Omogućiti primenu ispitivanja bez razaranja kad god je to praktično i moguće. 37. Predvideti automatsku montažu i proveru kada je potrebno obezbediti pouzdanost. 38. Predvideti funkcionalna ispitivanja najveće moguće količine proizvoda koja je dozvoljena datim troškovima, da bi se osigurala maksimalna pouzdanost serije. 39. Predvideti dovoljne karakteristike bezbednosti da bi se zadovoljili propisi u pogledu bezbednosti. 40. Analizirati iskustva sa istim ili sličnim sistemima, koji su ranije postojali, u vezi MTBF , MTTR , itd., da bi se utvrdili načini i sredstva za poboljšanje sistema koji se razmatra. 41. Identifikovati standardne delove, alate i ispitnu opremu sa dokazanom pouzdanošću, koji će biti kompatibilni za korišćenje kod sisitema koji se razmatra. Tabela 5.1. – Neki opšti principi konstruisanja u pogledu pouzdanosti

Pouzdanost uređaja

53

5.3. POGODNOST ODRŽAVANJA U PROCESU KONSTRUISANJA

Proces konstruisanja sistema prilikom razmatranja pogodnosti održavanja se može shvatiti razumevanjem procesa konstruisanja datog na slici 5.4. KRITERIJUM INFORMACIJA INFORMACIJE O POTREBAMA ODLUKA POSTAVLJENI ZAHTEVI OPTIMIZACIJA

Slika 5.1. - Proces konstruisanja sistema Ulazni parametri za proces konstruisanja su informacije o potrebama i postavljeni

zahtevi u vezi sa sistemom, uslovima korišćenja, ograničenjima, njegovoj konstrukciji i ostalom što je značajno.

Problem se definiše u delu formulacija vrednosti modela. Tu se prihvataju i organizuju informacije koje se odnose na ciljeve i ograničenja

sistema. Pored toga ovde se formulišu i kriterijumi za efektivnost sistema, pomoću čega se procenjuju moguća rešenja sistema. Bez ovih kriterijuma ne bi bila moguća optimizacija sistema. Kada je problem definisan i uspostavljeni kriterijumi za efektivnost sistema, mogu se sintetizovati moguća rešenja za zadovoljenje zahteva.Ove mogućnosti se zatim analiziraju ili ispituju , a rezultati se procenjuju u odnosu na uspostavljene kriterijume efikasnosti. Na osnovu toga se donosi odluka da li je konstrukcija optimalna ili je potrebna iteracija . Najčešće je potrebno izvršiti određeni broj iteracija i taj proces zove se optimizacija. Isprekidanom linijom na slici 5.4. prikazan je slučaj kada procena i iteracija zahtevaju modifikaciju modela.

Kada je konstrukcija ustanovljena, ona se prenosi drugima na realizaciju. U procesu konstruisanja sistema može se primeniti i analiza i razmatranje

pogodnosti održavanja.

FORMULACIJA VREDNOSTI

MODELA

SINTEZA ALTERNATIVNIH

REŠENJA Š

ANALIZA I / U ISPITIVANJE

PROCENA

Pouzdanost uređaja

54

1) Ulazna informacija – ulazni zahtevi u vezi pogodnostima održavanja često su nekompletni i u primitivnom obliku. Da bi se ova informacija iskoristila u procesu konstruisanja sistema, potrebno je odgovoriti na sledeća pitanja :

a) Zašto se sistem konstruiše – operativni zahtevi; b) Kakvi su zahtevi u pogledu uslova korišćenja – ograničenja vezana za

korišćenje i raspoloživa sredstva, politiku održavanja itd;

c) Koji su ciljevi održavanja – koncept održavanja, zahtevi u vezi sa efektivnosti sistema;

d) Kada se sistem može održavati – profil zadatka koji sistem treba da obavi,

preventivno u odnosu na korektivno održavanje; e) Na kom nivou će se vršiti održavanje – prvi, drugi, treći nivo;

f) Kako će se vršiti održavanje – popravka, zamena ili odbacivanje, remont

itd;

g) Ko će vršiti održavanje – posluga, kvalifikovano ljudstvo.

2) Formulacija vrednosti modela (kriterijum efikasnosti) – za formulisanje

kvalitativnih i kvantitativnih ciljeva koristi se ulazna informacija.Kvnatitativni kriterijumi pogodnosti održavanja (dozvoljeno vreme zastoja, vreme između održavanja itd.) doprinose uspostavljanju merila efikasnosti, koje će se koristiti za procenu konstrukcije sistema u vezi sa pogodnošću održavanja.

3) Sinteza modela pogodnosti održavanja konstrukcije – ova faza se komplikuje

činjenicom da nije moguće kvantitativno izraziti sve fizičke promenljive veličine koje su važne za pogodnost održavanja.Ne postoji opšti model pogodnosti održavanja.Kombinovanjem faktora koji su značajni za pogodnost održavanja (minimalno vreme zastoja itd.) moguće je konstruisati jedan koncept modela.

4) Analiza pogodnosti održavanja – ona se odnosi na predviđanje i demonstraciju

postignutih rezultata date konstrukcije u pogledu pogodnosti održavanja, pri čemu se obično izračunava, procenjuje ili meri vreme zastoja u simuliranim operativnim uslovima.Tipične analitičke metode obuhvataju simulaciju, predviđene pogodnosti održavanja , alokaciju i demonstraciona ispitivanja.

5) Procena pogodnosti održavanja – sastoji se u poređenju pogodnosti održavanja

sa kriterijumima efektivnosti sistema, radi donošenja odluke da se konstrukcija prihvati ili da se vrše dalje iteracije.

Pouzdanost uređaja

55

6) Donošenje odluke – u toku svake faze se donose odluke da je ona završena i da se može preći na drugu ili da je potrbno vršiti iteraciju tekuće faze zato što neki kriterijum nije optimalno zadovoljen.

7) Optimizacija – optimizacija je iterativni proces koji se koristi za modifikovanje

modela sistema, analizu rezultujućih promena, procenu i donošenje odluka.Proces se vrši sve dok troškovi naredne iteracije nisu u srazmeri sa očekivanim povećanjem dobiti.Moguće je vršiti optimizaciju zahteva u vezi sa pogodnosti održavanja nezavisno od ostalih parametara sistema.

8) Izlazna informacija – ova informacija se odnosi na karakteristike konstrukcije

koje se pojavljuju na konstrukcijskim crtežima i koje uključuju i karakteristike u vezi sa pogodnošću održavanja.Ukupni napori u vezi sa pogodnošću održavanja usmereni su na to da će, sa visokim nivoom poverenja, sistem koji je proizveden u skladu sa konstrukcijskim karakteristikama imati traženu efektivnost.

5.3.1. PRINCIPI KONSTRUISANJA U POGLEDU POGODNOSTI ODRŽAVANJA

Da bi se zadovoljili zahtevi u pogledu pogodnosti održavanja treba poštovati principe date u tabeli 5.4. Ni u kom slučaju to nisu svi principi, tako da se navedena lista može proširiti zavisno od konkretne situacije. Sve što je navedeno u ovoj tabeli dobro razmotriti i videti da li je primenljivo u datoj situaciji.

U ovoj tabeli su nabrojani minimalni aspekti pogodnosti održavanja koje treba razmotriti prilikom konstruisanja nekog sistema:

1. Smanjiti ili eliminisati potrebu za održavanjem.

2. Smanjiti obim, frekvenciju i kompleksnost potrebnih zadataka održavanja.

3. Smanjiti troškove održavanja u toku veka trajanja sistema.

4. Smanjiti nivo potrebnih kvalifikacija ljudstva za održavanje i zahteve u pogledu dodatnog obučavanja.

5. Uspostaviti maksimalnu frekvenciju i opseg preventivnog održavanja.

6. Smanjiti obim složenosti teksta u uputstvima za održavanje.

7. Predvideti takve karakterisike u okviru sistema i njegovih delova koje će

rezultirati u minimalnom vremenu zastoja.

8. Obezbediti da posle isporuke sistema budu na raspolaganju jednostavni,

Pouzdanost uređaja

56

adekvatni i zadovoljavajući tehnički podaci u vezi održavanja. 9. Smanjiti srednje vreme popravke sistema

10. Obezbediti optimalan pristup svim delovima koji zahtevaju često

održavanje, proveru ili zamenu.

11. Predvideti brzu i sigurnu identifikaciju delova koji nezadovoljavajuće rade ili rade na granicama performansi. 12. Osigurati da su zadovoljeni svi aspekti u pogledu ljudskog faktora.

13. Predvideti optimalnu sposobnost za verificiranje performansi, predviđanje i lociranje nezadovoljavajućeg rada i vršenje podešavanja. 14. Predvideti adekvatnu, jasnu i brzu identifikaciju delova koji mogu biti popravljeni ili zamenjeni. 15. Smanjiti količinu i vrstu alata i opreme neophodne za održavanje sistema Eliminisati, gde god je moguće, potrebu za korišćenjem specijalnog alata.

16. Izbegavati korišćenje kritičnih materijala, skupih i teških procesa.

17. Predvideti maksimalnu zamenljivost.

18. Osigurati maksimalnu bezbednost ljudstva i opreme u toku izvođenja

održavanja.

19. Osigurati da nema ozbiljnih neželjenih karakteristika sistema u pogledu operativnosti ili održavanja koje utiču na ljudstvo ili na opremu (zračenja, buka itd.).

20. Predvideti veličinu i vrstu elemenata koji zahtevaju minimum održavanja i servisiranja u toku veka trajanja.

21. Predvideti da se lako i brzo vrše provere i podešavanja u toku servisiranja elemenata za uključenje i isključenje.

22. Predvideti dovoljan broj odgovarajućih ispitnih mesta i omogućiti da se njima može lako prići. Ispitna mesta treba da budu sposobna da prihvate automatsku opremu za ispitivanje, kada je to praktično. 23. Osigurati da je na raspolaganju sva oprema za ispitivanje i za podešavanje.

24. Obezbediti adekvatnu zaštitu ljudstva za održavanje od električnog udara.

Pouzdanost uređaja

57

25. Obezbediti da se ne pojavljuju otrovni gasovi koji bi uticali na ljudstvo za održavanje.

26. Obezbediti odgovarajuće uređaje za signaliziranje opasnosti.

27. Predvideti jednostavnu, laku i brzu zamenu otkazanih elemenata.

28. Predvideti da svi natpisi budu jasno čitljivi posle duge upotrebe.

29. Predvideti da sistem bude konstruisan u odnosu na minimalnu težinu, uzimajući u obzir pouzdanost, izdržljivost i održavanje.

30. Ustanoviti vrednost srednjeg vremena između otkaza, srednjeg vremena popravke i vremena zastoja sistema.

Tabela 5.2. - Neki opšti principi konstruisanja u pogledu pogodnosti održavanja

5.4. ALOKACIJA POUZDANOSTI

5.4.1. POJAM ALOKACIJE POUZDANOSTI

Pozdanost nekog dela sistema zavisi od funkcije koju taj deo treba da obavi , složenosti dela , načina na koji se izražava namenjena funkcija i značaja tog dela u okviru sistema. Proces u kojem se raspoređuju ( alociraju ) zahtevi pouzdanosti pojedinim delovima sistema , naziva se alokacija pouzdanosti . Alokacija pouzdanosti je , prema tome proces definisanja ciljeva ili zahteva pouzdanosti za pojedine delove sistema na takav način da se obezbedi zadovoljenje postavljenog zahteva za pouzdanost sistema.Idealno alociranje pouzdanosti je ono kod kojeg se postiže najekonomičnije korišćenje različitih mogućnosti , uključujući vreme i troškove. Veoma bitna karakteristika, koja ima veliki uticaj na mogućnost postizanja zahtevane pouzdanosti je složenost sistema. Dakle , što je sistem složeniji to se on sastoji iz većeg broja podsistema , pa je teže i skuplje postići traženu pouzdanost . Problem alokacije pouzdanosti kod nekog sistema svodi se na rešavanje sledeće nejednačine :

f (R*1, R*

2, . . . , R*n) ≥ R*

(5.25) gde je : R* - zahtevana pouzdanost sistema i

Pouzdanost uređaja

58

R*i - pouzdanost alocirana i-tom delu sistema.

Prethodna jednačina može se uopštiti , pa se u tom slučaju R*

i i R* posmatraju kao funkcije vremena. Kako se većina modela alokacije pouzdanosti zasniva na pretpostavci da su otkazi delova sistema nezavisni i da otkaz jednog dela sistema znači otkaz čitavog sistema tada jednačina (5.25.) prelazi u specijalan slučaj :

R*1(t) · R*

2(t) · . . . ·R*n(t) ≥ R*

(t) (5.26) Prethodna jednačina ima beskonačno mnogo rešenja ako se ne postave nikakva ograničenja po pitanju alokacije pouzdanosti. Sistem u kojem je dobro izvršena alokacija pouzdanosti pokazuje sledeće prednosti , i to :

1) kvantitativne vrednosti u pogledu zahtevane pouzdanosti primoravaju proizvođača da razmatra pouzdanost ravnopravno sa ostalim parametrima sistema , kao što su performanse , masa , troškovi itd.;

2) kao posledica planiranja u pravcu postizanja zahtevane pouzdanosti , rezultovaće

mnoga poboljšanja u konstrukciji , proizvodnji i metodama ispitivanja;

3) alokacija pouzdanosti usmerava pažnju na odnose između pouzdanosti delova , sklopova , podsistema i sistema , što doprinosi boljem razumevanju osnovnih problema pouzdanosti svojstvenih konstrukciji;

4) alokacija pouzdanosti će u većini slučajeva rezultovati u optimalnoj pouzdanosti

sistema , jer uzima u obzir faktore kao što su značajnost troškova , održavanje , masa i prostor .

Alokacija pouzdanosti predstavlja kontinualan proces. Zahteve za pouzdanost sistema koji su bili postavljeni prilikom njegove konstrukcije potrebno je stalno kritički razmatrati i vršiti eventualne izmene na osnovu znanja stečenih u fazi razvoja i eksploatacije.

59

IIII DDEEOO

11.. EELLEEKKTTRROOTTEEHHNNIIČČKKII MMAATTEERRIIJJAALLII

Projektovanje, izrada, eksploatacija i održavanje elektronskih i telekomunikacio-nih uređaja i njihovih sastavnih delova ne može se uspešno obavljati bez osnovnih znanja iz oblasti elektrotehničkih materijala. S obzirom da je nauka o materijalima vrlo složena i kompleksna, ovde će biti iznet samo kratak osvrt na elektrotehničke materijale, kako bi se lakše razumele relevantne karakteristike komponenata telekomunikacionih uređaja i način njihove izrade.

1.1. STRUKTURA I PODELA ELEKTROTEHNIČKIH MATERIJALA

Pod dejstvom međumolekularnih sila grupe molekula i njihovih sastavnih delova – atoma održavaju se na okupu, sačinjavajući tako nekakve celine. Jačina međumoleku-larnih sila zavisi od više faktora, od kojih su najbitniji struktura materijala, temperatura i pritisak. Agregatno stanje materijala, koje može biti čvrsto, tečno, gasovito ili plazmeno, direktno zavisi od međumolekularnih sila, odnosno od faktora koji na njih utiču. Međumolekularne sile su najveće kod čvrstih tela, a najslabije su kod gasovitih ma-terijala. U svim agregatnim stanjima pri većim temperaturama postoji sopstveno kretanje atoma i molekula (termičko kretanje), koje je najizraženije kod gasova, nešto manje kod tečnosti, a vrlo slabo u čvrstim materijalima. Termičko kretanje opada sa smanjenjem temperature, da bi potpuno prestalo na temperaturi apsolutne nule. Čvrsti elektrotehnički materijali se sreću u kristalnom i amorfnom (nekristalnom) obliku. Amorfni materijali predstavljaju neuređenu strukturu atoma i molekula i imaju iste osobine u svim pravcima, tj. izotropni su. Sa povećanjem temperature, zbog slab-ljenja međumolekularnih veza, amorfni materijali postaju mekši, a zatim prelaze u tečnu fazu, pri čemu nije tačno određena temperatura topljenja. Pri smanjenju temperature dešava se obrnuti proces. Amorfni elektrotehnički materijali se, uglavnom, dobijaju naglim hlađenjem rastopljenih materijala.

Kristalni materijali poseduju prostorno uređene delove od sastavnih čestica koje izgrađuju to telo. Idealni kristali se, u principu, formiraju ponavaljanjem u prostoru identičnih osnovnih strukturnih elemenata koji se nazivaju elementarnim ćelijama. Prilikom proučavanja strukture kristala najčešće se atomi ili grupe atoma predstavljaju elementarnim “lopticama” čiji prostorni raspored određuje njegovu strukturu. Osnovni skup ovih “loptica” obrazuje kristalnu rešetku u kojoj su navedene “loptice” čvorovi, sl. 1.1.

Elektrotehnički materijali

60

Kristalna čvrsta tela mogu biti u monokristalnom (uređenost kristala veća od 0.1 mm) i polikristalnom (uređenost veličine do 0.1 mm) obliku. Imaju jasno definisanu tačku topljenja za razliku od amorfnih materijala. Fizičke osobine kristala su najčešće različite duž različitih kristalografskih osa, što znači da su kristalna tela anizotropna. Neka čvrsta tela mogu se pojaviti u više kristalnih oblika. Ova pojava se naziva polimorfizam, a različite kristalne strukture – polimernim formama materijala ili alotropskim modifikacijama. Ove modifikacije su uslovljene različitim uslovima kris-talizacije, pri čemu temperatura i pritisak imaju odlučujuću ulogu. Prelaz iz jedne alo-tropske modifikacije u drugu naziva se polimerni prelaz ili polimerna modifikacija. Navedene alotropske modifikacije sreću se kod: kalaja, ugljenika, gvožđa, nikla, kobalta, volframa, titana, bora, berilijuma, fosfora, cink-sulfida, indijum-telurita itd.

Sl. 1.1. Kristalna rešetka dijamanta

Struktura realnih kristala se, zbog njihove konačnosti, ograničenosti površinama i zbog najrazličitijih nesavršenosti, razlikuje od idealnih kristala. Od nesavršenosti kristalne rešetke zavise neke mehaničke, termičke, električne, optičke i sve druge performanse čvrstog tela. Ove nesavršenosti kristalnih struktura mogu biti prouzrokovane pojavom:

• vakanacija, • atoma u intersticijalnim položajima, • primesnih atoma, • dislokacija i • površinskih nesavršenosti.

Vakanacije su praznine, odnosno nedostaci atoma na mestima u kristalu gde se normalno očekuju ti atomi.

Atomi u intersticijalnim položajima su atomi koji zauzimaju posebne položaje, koji se normalno ne očekuju, u kristalnoj strukturi.

Primesni atomi se mogu uključiti u kristalnu strukturu osnovnog materijala u potpunosti, delimično ili zauzimati intersticijalne položaje. Izlazak atoma iz osnovnog položaja i njihovo lociranje na druga mesta koja im nisu predodređena nazivaju se dislokacijama. Neki od tih atoma, krećući se dolaze do površine kristala stvarajući površinske nesavršenosti.

Prema električnoj provodnosti, odnosno prema veličini zabranjene energetske zone, elektrotehnički materijali se dele na:


61

• provodnike, • poluprovodnike i • dielektrike (izolatore).

Mada električna provodnost, odnosno električna otpornost, materijala zavisi od niza faktora kao što su temperatura, pritisak, vlažnost, struktura i sastav materijala, pri normalnim uslovima i na sobnoj temepraturi smatra se da provodnici imaju specifičnu otpornost od 10-8Ωm do 10-4Ωm poluprovodnici od 10-4Ωm do 1010Ωm, a dielektrici od 1010Ωm do 1019Ωm.

Kao što je već rečeno podela se može izvršiti i na osnovu veličine zabranjene energetske zone.

Ovakva podela elektrotehničkih materijala predpostavlja kako poznavanje njihove makroskopske tako i mikroskopske strukture, za čije je proučavanje model atoma polazna osnova. Zbog interakcije među atomima i ostalim česticama, kao i zbog cepanja energetskih nivoa elektrona slobodnih atoma izazvanih interakcijom atoma, mikroprocesi u čvrstim telima su vrlo složeni, pa je i teorija čvrstog tela koja ih proučava vrlo kompleksna. No, ne ulazeći u komplikovane teorije kvantne mehanike može se konstatovati da se elektroni nalaze u polju atoma, a njihov razmeštaj po nivoima je utvrđen Paulijevim principom, koji kaže da u jednom atomu ne mogu postojati dva elek-trona sa ista sva četiri kvantna broja, a to su:

• glavni kvantni broj n (n=1,2,3...), • obrtni kvantni broj l, • magnetni kvantni broj m, • kvantni broj spina ms.

Dakle, kretanje svakog elektrona i njegovo energetsko stanje su jednoznačno određeni njegovim kvantnim brojevima.

Kada se pored Paulijevog principa uzme i univerzalno pravilo da svaki sistem teži da zauzme položaj sa minimalnom potencijalnom energijom, dolazi se do konstatacije da će se elektroni prvo raspodeliti po najnižim nivoima, pa tek onda popunjavati više nivoe. Ovakav prilaz vrlo dobro odgovara gasovima, a posebno razređenom gasu. S obzirom da je razmak između atoma u čvrstim telima mnogo manji, među njima postoji izražena odgovarajuća interakcija, dolazi do preklapanja energetskih nivoa i stvaranja zajedničkih polja.

Kada je kristal sastavljen od velikog broja atoma, razlika između energetskih nivoa elektrona je tako mala da se može smatrati da je u pitanju jedna kontinualna energetska zona u kojoj mogu da se nađu elektroni.

Poznato je da se elektroni koji učestvuju u hemijskim reakcijama nazivaju va-lentnim elektronima i oni imaju najveću energiju, tj. nalaze se u poslednjoj nepopunjenoj ljusci. Ukoliko ovi elektroni dobiju dodatnu energiju (toplotnu, svetlosnu i slično) dovoljnu da savladaju potencijalne sile, oni postaju slobodni, naravno, u okviru čvrstog tela kome pripadaju. Ove dve zone (opsega) nazivaju se valentna i provodna zona (op-seg), a energetsko rastojanje između njih odlučujuće utiče na električne osobine ma-terijala.

Između ove dve zone može postojati zabranjena zona – energetski procep koji elektroni treba da savladaju da bi iz valentne prešli u provodnu zonu. Posmatrano preko energetskih zona (sl. 1.2.a, b, c) mogu se izvesti odgovarajući zaključci.


62

Dielektrici imaju tako veliku zabranjenu zonu da se elektronska provodnost pri normalnim uslovima ne oseća, jer je provodna zona skoro potpuno prazna zbog toga što u takvim uslovima elektroni iz potpuno popunjene valentne zone nisu u mogućnosti da preskoče zabranjenu zonu i dođu u provodnu.

Poluprovodnici imaju manju širinu zabranjene energetske zone tako da pri nor-malnim uslovima, na sobnoj temperaturi, određen broj valentnih elektrona, zahvaljujući dobijenoj toplotnoj energiji, može da preskoči ovu zonu i postane slobodan, tj. nađe se u provodnoj zoni.

Provodnici poseduju mnogo slobodnih elektrona na sobnoj temperaturi, jer se kod ovih materijala dodiruju ili preklapaju valentna i provodna zona, što daje mogućnost elektronima da prelaze sa nivoa popunjene – valentne zone na nezauzete nivoe slobodne zone, pod dejstvom slabog električnog polja.

Sl. 1.2. Raspored energetskih zona kod:

a) provodnika, b) poluprovodnika i c) dielektrika

Sl. 1.3. Šematski prikaz magnetnih momenata ekvivalentnih strujnih kontura kod:

a) paramagnetnog, b) feromagnentnog, c) antiferomagnetnog i d) ferimagnetnog materijala

Među provodnicima, poluprovodnicama i dielektricima, pored razlike u elek-tričnoj otpornosti postoje i razlike u zavisnosti specifične električne otpornosti od tem-


63

perature. Ta zavisnost je kod provodnika relativno slaba u poređenju sa polupro-vodnicima i dielektricima, a uz to otpornost kod provodnika, uglavnom, raste sa porastom temeprature, a kod poluprovodnika i dielektrika opada.

U pogledu magnetnih osobina materijali se mogu podeliti u dve grupe. Prvu grupu sačinjavaju materijali kod kojih je magnetni momenat atoma jednak nuli kada ne postoji spoljašnje magnetno polje, a nazivaju se dijamagnetni materijali. Pod dejstvom spoljašnjeg magnetnog polja u atomima dijamagnetnih materijala se indukuju magnetni momenti. Drugu grupu čine materijali čiji atomi imaju magnetni momenat različit od nule i bez prisustva spoljašnjeg magnetnog polja, a u zavisnosti od uzajamnog dejstva između magnetnih momenata atoma ovi materijali se dele na paramagnetne, feromagnetne, ferimagnetne (ferite) i antiferomagnetne materijale (sl. 1.3a,b,c,d).

Feromagnetni materijali sadrže magnetne momente atoma međusobno paralelne (u malim domenima tzv. Vajsovim domenima) što je posledica njihovog uzajamnog dejstva.

Antiferomagnetni materijali imaju antiparalelne magnetne momente susednih atoma.

Ferimagnetni materijali sadrže antiparalelne magnetne momente susednih atoma ali različitih intenziteta.

64

S

lR ⋅= ρ

22.. OOTTPPOORRNNIICCII

Pod otpornicima se podrazumevaju komponente električnih kola čija se električna otpornost ne može zanemariti. Koriste se: za regulaciju struja i napona u električnim kolima, podešavanje radnih režima aktivnih komponenata električnih kola, pretvaranje električnog rada u toplotu i sl.

2.1. KARAKTERISTIKE OTPORNIKA

Električna otpornost otpornika se obeležava sa R. Jedinica za otpornost je Om (Ω). Često se koriste i multipli jedinice – kiloom (kΩ) i megaom (MΩ). Ponekad se umesto otpornosti za karakterizaciju otpornika koristi električna provodnost, koja se obeležava sa G i izražava jedinicama Simens (S). Provodnost predstavlja recipročnu vrednost otpornosti ( G= 1/R ).

Otpornost R otpornika zavisi od njegove dužine l, poprečnog preseka S i specifične otpornosti ρ materijala od kojeg je otpornik napravljen. Ukoliko je poprečni presek S konstantan otpornost tog otpornika, ukoliko je u njemu uspostavljena homogeno električno polje može se odrediti pomoću izraza:

(2.1) Ista formula važi (približno) za pravolinijske homogene provodnike čiji je maksimalni prečnik poprečnog preseka mnogo manji od dužine provodnika (za tzv. kvazi lineične provodnike).

Specifična otpornost se najčešće izražava u Ωmm2/m, mada može i u standardnim Ωm, a zavisi od vrste materijala i velikog broja drugih faktora.

Kada se otpornik otpornosti R priključi na stalni električni napon U u njemu se upostavlja struja jačine I i na njemu se razvija snaga P čija vrednost zavisi od R i U (odnosno I): (2.2) Razvijena snaga P, koja se naziva snagom disipacije otpornika je ograničena, a time i vrednost priključenog napona U za svaki realni otpornik, kako ne bi došlo do njegovog oštećenja ili uništenja zbog prekomerenog zagrevanja. Stoga se svaki otpornik, bez obzira na vrstu i način izrade, karakteriše sa sledećih nekoliko osnovnih karakteristika:

IUIRR

UP ⋅=⋅== 2

2

Otpornici

65

nominalna vrednost otpornosti Rn nominalna snaga Pn radni napon Ur maksimalni napon Um Nominalna otpornost otpornika Rn (ubuduće će se koristiti oznaka R) je njegova otpornost u normalnim radnim uslovima, a određena je vrstom materijala i dimenzijama (prema relaciji (1))

Nominalna snaga otpornika Pn (ubuduće oznaka P) je najveća snaga koja se može razvijati neprekidno na otporniku za duži vremenski period, pri određenoj temperaturi okoline, a da pri tome parametri otpornika ostanu u predviđenim granicama. Nominalna snaga je limitirana maksimalno dozvoljenom temperaturom otpornika u toku eksploatacije. Temperatura zagrevanja otpornika pri određenoj snazi zavisiće od uslova hlađenja, površine otpornika i temperature spoljne sredine. Ukoliko se otpornik optereti snagom većom od nominalne može doći do njegove trajne deformacije, pa i sagorevanja. Vrednosti nominalnih snaga su određene standardom. U praksi se izrađuju otpornici stalne otpornosti sledećih nominalnih snaga: 0.0625 W; 0.125 W; 0.25 W; 1 W; 2 W; 3 W; 4 W i 10 W za primene u elektronskim kolima, a što je direktno povezano sa površinom otpornika, kao što se vidi sa slike 2.1.

Sl. 2.1. Standardizovane snage otpornika

Otpornici

66

Maksimalno dozvoljeni napon na otporniku nominalne otpornosti R i nominalne snage P, za otpornike manjih vrednosti otpornosti, je: (2.3)

Kod otpornika veće otpornosti maksimalni napon zavisi ne samo od R i P već i od vrednosti probojnog napona (kritičnog polja) tog otpornika, koji je određen materijalom za izradu i dizajnom istog. U tom slučaju je maksimalno dozvoljeni napon, obično manji od onog koji se dobija prema relaciji (3). Neke standardizovane vrednosti maksimalnih jednosmernih napona i efektivnih vrednosti prostoperiodičnih napona, u zavisnosti od svih navedenih faktora su: 75V; 100V; 150V; 250V; 350V; 500V; 1kV; 1.5kV; 3kV i 5kV.

Radni naponi Ur (u daljem tekstu U) se usvajaju tako da budu znatno manji od maksimalnih, a u zavisnosti od vrste otpornika, dizajna, pouzdanosti, radnih uslova, temperature ambijenta, vlažnosti, i slično.

Pored navedenih osnovnih karakteristika otpornika vrlo je važno kako se oni ponašaju u kolima naizmenične struje (pogotovo pri visokim frekvencijama), koliki je šum koji se razvija u njima, kako utiču vlaga, temperatura, pritisak, jačina električnog polja i dužina rada na njegovu otpornost, sa kojom preciznošću se mogu napraviti, kolika im je pouzdanost, koja im je cena i sl. Stoga se pri konstrukciji i eksploataciji otpornika mora voditi računa o svim navedenim elementima.

2.2. POKAZATELJI KVALITETA OTPORNIKA

Frekventne karakteristike otpornika su prvi važan pokazatelj njegovog kvaliteta. Svaki otpornik pored svoje električne otpornisti poseduje i parazitnu induktivnost i parazitnu kapacitivnost, pa se u kolu naizmenične struje ponaša kao složena redno-pa-ralelna RLC mreža. Najčešće korišćena ekvivalentna šema realnog otpornika je kao na slici 2.2.

Sl.2.2. Ekvivalentna šema otpornika u kolu naizmenične struje

Kod otpornika velike otpornosti može se zanemariti induktivnost u toj šemi ako je ωL«R i smatrati da je realni deo impendanse (aktivna otpornost) približno: (2.4)

PRmU ⋅=

( )21 RC

RaR

⋅⋅+≅

ω

Otpornici

67

odakle se vidi da se ona neznatno razlikuje od nominalne otpornosti R za male učestanosti i da opada sa porastom učestanosti.

Na osnovu ekvivalentne šeme se vidi da će se sa promenom učestanosti menjati i ekvivalentna impendansa između krajeva 1 i 2 (sl. 2), tako da su moguće pojave fazne rezonancije i antirezonancije na nekim, po pravilu, visokim učestanostima reda veličine stotinak MHz.

Otpornost nekih otpornika u kolu naizmenične struje R~ pri visokim učes-tanostima značajno raste sa porastom frekvencije f i usled pojave skin-efekta. U tom slučaju je: (2.5) gde je Ro otpornost otpornika pri jednosmernoj struji, a ΔR priraštaj otpornosti čija vrednost zavisi od prečnika žice (otpornika), specifične provodnosti ρ, radne frekvencije f i magnetne propustljivosti materijala μ, koja se neznatno razlikuje od propustljivosti vakuma u magnetski linearnim materijalima.

Pri vrlo visokim učestanostima celokupna struja se uspostavlja samo u tankom površinskom sloju provodnika (provodnik se ponaša kao da je šupalj u pogledu električne provodljivosti), tako da mu je u tom slučaju otpornost jednaka otpornosti šupljeg provodnika istog spoljašnjeg prečnika kao i stvarnog provodnika, ali čija je ekvivalentna debljina: (2.6) Zavisnost ds od frekvencije za neke materijale je prikazana na slici 3.

Sl.2.3. Zavisnost debljine ekvivalentnog provodnog sloja od učestanosti kod nekih materijala

RRR Δ+= 0~

μρπ ⋅⋅⋅=

fsd

1

Otpornici

68

Skin efekat dolazi do izražaja najviše kod žičanih otpornika, dok je kod slojnih praktično zanemarljiv.

Šum u otpornicima, takođe, govori o njihovom kvalitetu. Pod električnim šu-mom se podrazumevaju slučajne fluktuacije neke električne veličine (struje, napona, otpornosti i sl.) koje, uglavnom potiču usled termičkog kretanja molekula i usled kretanja nocilaca naelektrisanja.

Na osnovu nastajanja šum u otpornicima može biti:

1. Termički (Džonsonov) šum; 2. Strujni šum, koji prema načinu manifestacije može biti: - efekat sačme (Šotkijev)šum, - fliker (prekomerni ili 1/f) šum, - praskavi šum.

Pored navedenih šumova kod poluprovodničkih naprava i otpornika postoje još i:

- difuzioni šum, - generaciono-rekombinacioni (G-R) šum, i - modulacioni šum.

Električni šum se najčešće izražava preko elektromotorne sile šuma (EŠ), a može se izraziti i preko snage šuma (PŠ), odnosno spektralne gustine šuma (PŠ/Δf; gde Δf predstavlja frekventni opseg).

Termički šum se javlja kao posledica termičkog kretanja čestica materijala (nosilaca naelektrisanja) i nezavistan je od vrste materijala. Elektromotorna sila tog šuma je: (2.7) gde je R - otpornost otpornika u omima, T – temperatura u stepenima Kelvina i Δf – širina frekventnog područja u kome se meri šum, izražena u hercima.

Strujni šum se javlja kao posledica uspostavljene struje u otporniku, a zavisi od jačine struje, otpornosti otpornika, fizičkih osobina materijala i načina izrade otpornika. Snaga strujnog šuma je dakle: Usled efekta sačme (2.8) i u slučaju fliker šuma, (2.9) gde je: I – struja, f – frekvencija, f1 , n i m konstante (f1 – dimenziono je frekvencija, a n≈2 i m≈1).

6104.7š−⋅Δ⋅⋅⋅= fTRE [ ]Vμ

2

11

2

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

+ ff

I~šsacmeP

fm

f

nI

P1

~~šfliker

Otpornici

69

Spektralna gustina termičkog šuma je nezavisna od frekvencije, pa se ovaj šum često naziva i beli šum, dok su ostali šumovi (spektri) frekventno zavisni, što je prikazano na slici sl.4.

Kao što se vidi sa slike na nižim frekvencijama je dominantan strujni šum, a pri višim termički.

Sl.2.4. Spektralna gustina snage šuma u funkciji frekvencije Temperaturski koeficijent otpornosti je još jedan vrlo važan pokazatelj kva-liteta otpornika. Otpornost otpornika se (uglavnom) menja sa promenom temperature. O načinu i veličini te promene najbolje govori temperaturski koeficijenat otpornosti TCR (αR), koji se definiše kao relativna promena otpornosti sa promenom temperature T: (2.10)

Kao jedinica za TCR ponekad se koristi ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡Ω

ΩC0 , jer se odatle jasno vidi da je reč

o temperaturskom koeficijentu otpornosti. Kod većine otpornika može se predpostaviti da je približno linearna promena

otpornosti sa promenom temperature u oblasti manjih opsega (na pr. do ΔT = 150oC) radnih temperatura, pa se otpornost na radnoj temperaturi T može približno odrediti pomoću izraza: (2.11) gde je: Ro - otpornost na temperaturi To (obično To = 20°C – sobna temperatura), a ΔT = T - To. U ovom slučaju je : (2.12)

RdTdRTCR R

1⋅== α ⎥⎦

⎤⎢⎣⎡

Co

1

( )TRR ROT Δ⋅α+⋅≅ 1

O

OR RT

RR 1⋅

Δ−

=α

Otpornici

70

Temperaturski koeficijent otpornosti može imati i pozitivne i negativne vrednosti (tako kod nenamotanih otpornika ima vrednost ± (2÷10) 10-4 [1/ °C], a za namotane žičane otpornike vrednost ± (0÷2) 10-4 [1/ °C]).

Dugotrajno delovanje povišene temperature može da dovede do oštećenja ot-pornog sloja otpornika, a time i do nepovratnih promena otpornosti. Zato za svaki ot-pornik postoji maksimalna temperatura okolne sredine pri kojoj on može da se optereti maksimalnom snagom bez ostavljanja trajnih posledica na njemu. U slučaju da otpornik radi na povišenim temperaturama on se sme opterećivati snagama koje su znatno manje od nominalne.

Naponski sačinilac otpornosti govori o promeni otpornosti otpornika kada se na njega priključi napon: (2.13) Ta promena se javlja tek pri većim vrednostima električnog polja pri kojima dolazi do izvesnih strukturnih promena u materijalu od kojeg je otpornik napravljen. Naponski sačinilac je uvek negativan, a najviše zavisi od vrste materijala otpornika.

Uticaj vlažnosti je neosporan, jer otpornost otpornika može se značajno prome-niti pod uticajem povećane vlažnosti. Za to postoji više razloga. Tako na primer vlažna površina otpornika može da obrazuje provodni “most” koji premošćuje otpornik i sma-njuje mu vrednost otpornosti, što je više izraženo kod otpornika velike otpornosti. Usled povećane vlažnosti takođe može da dođe do oksidacije površine otpornika, ili nastaju elektrohemijski procesi korozije koji razaraju otporni sloj otpornika. Da bi se ovi štetni uticaji smanjili ili potpuno uklonili površina otpornika se zaštićuje kvalitetnim lakovima, emajlima ili se pak otpornici ulažu u plastične mase ili hermetizuju. Savremeni, dobro zaštićeni otpornici mogu da rade i pri relativnoj vlažnosti vazduha od 98%.

Uticaj atmosferskog pritiska na otpornost otpornika ponekad nije zanemarljiv. Pošto otpornici rade u različitim klimatskim uslovima, važno je poznavati uticaj pritiska koji je različit od normalnog, a koji u sprezi sa povećanom temperaturom i vlažnosti, može imati značajan doprinos promeni otpornosti.

Uticaj vremena rada - starenje je svuda prisutno. Otpornosti otpornika se me-njaju sa vremenom usled promena performansi materijala od kojih su napravljeni. Stoga se mora voditi računa i o vremenskoj stabilnosti otpornika koja se može izraziti kroz odgovarajuci faktor vremenske stabilnosti.

Preciznost - tolerancija se daje za sve proizvode, pa i za otpornike obzirom da je skoro nemoguće napraviti otpornike (kao i druge proizvode) sa tačno određenom vred-nošću otpornosti uvodi se pojam preciznosti odnosno klase tačnosti ili tolerancije, koji pokazuje opseg u kome se garantuje vrednost otpornosti od strane proizvođača, pre upo-trebe otpornika. Tolerancija se daje u % maksimalnog odstupanja od nominalne (željene) vrednosti otpornosti. Ona se kod otpornika kreće u granicama δ=± (0.01÷20)%. Tako na primer, standardizovane vrednosti tolerancije za otpornike opšte namene su: ±0.1%; ±0.25%; ±0.5%; ±1%; ±2%; ±5%; ±10% i ±20%.

Pouzdanost rada je jedan od nezaobilaznih parametara pri eksploataciji komponenata. Na pouzdanost utiču kako vrsta materijala i način izrade, tako i osnovne propisane karakteristike R, P, U, radni režim otpornika i uslovi sredine.

RdUdR

U1

⋅=α⎥⎦⎤

⎢⎣⎡V1

Otpornici

71

Cena je faktor koji je proporcionalan kvalitetu i tu se mora tražiti kompromis uz odgovarajuće kriterijume optimizacije.

2.3. PODELA OTPORNIKA

U zavisnosti od kriterijuma koji se usvoje može se izvršiti podela otpornika na više načina. Najjednostavnija podela je na fiksne, promenljive, polupromenljive (trimer) i nelinearne otpornike na osnovu toga da li im se otpornost može menjati i kako se menja. Na osnovu materijala od kojeg su napravljeni i načina izrade dele se na: žičane, od mase, slojne, poluprovodničke i od specijalnih materijala (nelinearni otpornici). Prema zaštiti i načinu zaštite otpornici se dele na: nezašticene, zašticene lakom, zalivene, vakuumirane, staklom prelivene, presovane u plastične mase i epoksidne smole. Prema nameni mogu biti: otpornici specijalne namene i opornici opšte namene (za uređaje široke potrošnje). Podela se može izvršiti na osnovu: tolerancije, vrednosti otpornosti, snage disipacije, frekventnog opsega u kome rade, stabilnosti karakteristika, dozvoljenog maksimalnog napona, pouzdanosti i slično.

2.4. NIZOVI NOMINALNIH VREDNOSTI OTPORNOSTI

Da vrednosti otpornosti otpornika ne bi bile šarolike, otpornici stalne otpornosti su svrstani u grupe sa tačno utvrđenim vrednostima otpornosti. Zato je međunarodna Elektrotehnička komisija utvrdila nizove nominalnih vrenosti otpornosti koji se ozna-čavaju sa E6, E12, E24, E48, …, E192, a kojima odgovaraju 6, 12, 24, 48, …, 192 no-minalnih vrednosti otpornosti, respektivno, u jednom redu veličine. Ovi nizovi su do-bijeni zaokruživanjem vrednosti koje slede iz izraza: (2.14) gde je q oznaka niza (q = 6,12,24,48,…,192), a n ceo broj (n=0,1,2,...,ε-1). Nizovima odgovaraju dotične klase tačnosti, odnosno tolerancije izrade. Tako na primer klasi E6 odgovara tolerancija od ±20%, nizu E12 tolerancija od ±10%, nizu E24 tolerancija ±5% i tako redom. Vrednosti za elemente nizova E6, E12 i E24, sa odgovarajućim klasama tačnosti prikazane su u tabeli T.1.

q nR 10=

Otpornici

72

Tabela T.2-1. Nizovi nominalnih vrednosti otpornosti fiksnih otpornika

Oznaka niza Nominalne vrednosti otpornosti (x1Ωx10Ωx100Ωx1kΩ, x10kΩ, x100kΩ, x1MΩ, x10MΩ, x100MΩ )

Tolerancija

E6 1.O 1.5 2.2 3.3 4.7 6.8 ±20%

E12 1.O 1.2 1.5 1.8 2.2 2.7 3.3 3.9 4.7 5.6 6.8 8.2 ±10%

E24

1.O 1.1 1.2 1.3 1.5 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.7 3.0 3.3 3.6 3.9 4.3 4.7 5.1 5.6 6.2 6.8 7.5 8.9 9.1

± 5%

Ovako odabranim nominalnim vrednostima uz odgovarajuće tolerancije prekrivene su sve moguće vrednosti otpornosti (kontinualni spektar) jer se poklapaju gornja granica vrednosti određene otpornosti i donja granica sledeće otpornosti iz niza nominalnih vrednosti. Primer: R1 = 1kΩ i R2 = 1.5kΩ uz toleranciju od ±20% imaju R1max = 1.2kΩ= R2min = 1.5-0.2x1.5 = 1.2kΩ

2.5. OZNAČAVANJE OTPORNIKA

Vrednosti nominalnih otpornosti i tolerancije otpornika nanose se na telo ot-pornika na sledeća dva načina: a) ispisivanjem slovima i ciframa i b) bojama. Kada se označavanje vrši ciframa koristi se skraćena notacija koja je prikazana u tabeli T.2-2., gde su navedeni i odgovarajući konkretni primeri.

Ako se označavanje vrednosti otpornosti otpornika vrši bojama, tada ono izgleda kao što je prikazano na slikama sl.2.5. i sl.2.6, a vrednosti boja su prikazane u tabeli T.2-3. Kao što se sa slika vidi na telo otpornika su nanesena 4 ili 5 obojenih prstenova. Čitanje vrednosti otpornosti otpornika se počinje od onog prstena koji je bliži jednom kraju otpornika, a da ne bi došlo do zabune poslednji prsten može da bude 1.5 do 2 puta širi od ostalih prstenova. Prednost obeležavanja prstenovima u boji je u tome što pr-stenovi ostaju čitljivi i posle dugotrajne eksploatacije otpornika, a i u slučaju brisanja bo-ja sa gornje strane otpornika ostaje vidljiv deo prstenova sa donje strane otpornika.

Otpornici

73

Tabela T.2-2. Označavanje otpornosti slovima i brojevima

Oblast otpornosti Oznaka oblasti Primer oznaka Vrednost otpornosti

do 100 Ω E (ili R) E35 (ili R35) 3E5 35E

0.35Ω 3.5Ω 35Ω

0.1 – 100 kΩ K K35 3K5 35K

0.35 kΩ 3.5 kΩ 35 kΩ

0.1 – 100 MΩ M M35 3M5 35M

0.35 MΩ 3.5 MΩ 35 MΩ

0.1 – 100 GΩ G G35 3G5 35G

0.35 GΩ 3.5 GΩ 35 GΩ

Tabela T.2-3. Označavanje otpornosti i tolerancije otpornika bojama

Boja Osnovni broj Faktor mnozenja Tolerancija (%)

Sistem sa 4 trake 5 i 6 traka

1. i 2.traka 1. 2. 3.traka

3.traka 4.traka

4.traka 5.traka 6.traka

srebrna - 0.01 ±10 - zlatna - 0.1 ± 5 - crna 0 1 - 200 braon (smedja) 1 10 ± 1 100 crvena 2 100 ± 2 50 narandzasta 3 1000 - 15 zuta 4 10000 - 25 zelena 5 100000 ±0.5 - plava 6 1000000 ±0.25 10 ljubicasta 7 10000000 ±0.1 5 siva (grao) 8 100000000 - 1 bela 9 1000000000 - - bez boje - - ±20 -

( )610−Rα

Otpornici

74

Primer označavanja otpornika sa četiri trake: otpornik otpornosti 35000 Ω sa tolerancijom ± 10%: Prva traka Narandžasta (I cifra) Zelena (II cifra) Narandžasta (faktor množenja) Srebrna (dozvoljeno odstupanje )

Slika 2.5.

Primer označavanja otpornika sa pet traka: otpornik otpornosti 456 kΩ sa tolerancijom ± 5%: Prva traka Žuta (I cifra) Zelena (II cifra) Plava (III cifra) Narandžasta (faktor množenja) Zlatna (dozvoljeno odstupanje)

Slika 2.6

75

33.. KKOONNDDEENNZZAATTOORRII

Kondenzator je komponenta električnih kola čija se kapacitivnost C ne može

zanemariti. Po konstrukciji, sastoji se iz dve elektrode između kojih se nalazi neki di-elektrik. U električnim kolima stalne jednosmerne struje jedna elektroda je naelektrisana pozitivnom količinom elektriciteta Q, a druga istom količinom elektriciteta suprotnog znaka -Q. Elektrode kondenzatora se nazivaju još i oblogama ili pločama.

3.1. KARAKTERISTIKE KONDENZATORA

Postoji više parametara koji karakterišu kondezatore, a na osnovu kojih se donosi odluka o pogodnosti njihove primene u odgovarajućim električnim kolima. Među naj-važnije karakteristike spadaju kapacitivnost kondenzatora, radni i maksimano dozvoljeni napon na kondenzatoru, gubici, temperaturska i vremenska stabilnost kapacitivnosti i sl.

3.1.1. KAPACITIVNOST

Osnovni parametar koji karakteriše kondenzator je kapacitivnost C, koja preds-tavlja koeficijent srazmernosti između količine elektriciteta Q na pozitivnoj elektrodi i napona U između pozitivno i negativno naelektrisane elektrode. Dakle,

UQ C CU Q =⇒= (3.1)

S obzirom kako je definisana, kapacitivnost je očito pozitivna veličina, a njena vrednost zavisi od geometrije kondenzatora i električnih osobina upotrebljenog dielek-trika.

Kapacitivnost se izražava u faradima (F). Pošto je farad vrlo velika jedinica, obično se koriste multipli jedinice farad kao što su mikrofarad (μF), nanofarad (nF) i pikofarad (pF) (1F = 106μF = 109nF = 1012pF).

Kapacitivnost kondenzatora zavisi od vrste dielektrika, njegovog geometrijskog oblika i dimenzija za određene radne uslove. Uticaj dielektrika na kapacitivnost ma-nifestuje se kroz njegov intenzitet polarizacije. Sposobnost dielektrika da se polarizuje u električnom polju karakteriše se dielektričnom propustljivošću ε koja se još zove i die-lektrična konstanta (mada ε nije konstanta jer zavisi od frekvencije, temperature i sl.):

Kondenzatori

76

ε = εr . εo (3.2) gde je εr - relativna dielektrična konstanta dielektrika , a εo - dielektrična konstanta vakuuma i ona iznosi

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡⋅≅⎥⎦

⎤⎢⎣⎡

π=ε −

−

mF

mF

o12

9

1085.83610

Prema obliku obloga - ploča, kondenzatori se mogu razvrstati u više grupa, od

kojih su tri osnovne (najčešće u praksi) : pločasti, cilindrični i sferni kondenzatori. Kapacitivnost pločastog kondenzatora može se odrediti pomoću približnog izraza:

dSC roεε= (3.3)

gde je d - rastojanje između ploča , a S površina jedne ploče.

U slučaju kada se dielektrik ravnog pločastog kondenzatora sastoji od više pa-ralelnih slojeva debljine d1,d2,d3..dn, relativnih dielektričnih konstanti ε1,ε2,ε3...εn, res-pektivno, kapacitivnost tog kondenzatora se određuje pomoću približnog obrasca:

n

no ddd

SC

εεε

ε+++

=...

2

2

1

1 (3.4)

Kod cilindričnih kondenzatora kapacitivnost se računa po približnom obrascu:

1

2ln

2

rrlC ro

πεε= (3.5)

gde je l - dužina cilindra, r1 - spoljašnji poluprečnik unutrašnjeg cilindra i r2 - unutrašnji poluprečnik spoljašnjeg cilindra. Kapacitivnost sfernog (loptastog) kondenzatora približno je:

12

21

rrrrC ro −

=π

εε (3.6)

gde je r1 - spoljašnji poluprečnik unutrašnje sfere, a r2 - unutrašnji poluprečnik spoljašnje sfere.

Na kapacitivnost kondenzatora utiču i radni uslovi (temperatura, vlažnost, pritisak i sl.). Kapacitivnost pri normalnim radnim uslovima naziva se nominalna kapacitivnost, i ona se naznačava na samom kondenatoru. Standardizovane nominalne vrednosti kapa-citivnosti kondenzatora, sa dozvoljenim tolerancijama razvrstane su u odgovarajuće ni-zove E6, E12, E24,...,E192 (kao i kod otpornika, što je prikazano u tabeli T.2-1).

Kondenzatori

77

Dozvoljena odstupanja kapacitivnosti od nominalne vrednosti, koja se izražavaju u procentima, definisana su klasama tačnosti. Ta odstupanja mogu biti simetrična (± 10%, ±20%) i nesimetrična (-10%, +30%). Sistem slovnog označavanja dozvoljenih odstupanja vrednosti kapacitivnosti, zajedno sa klasama tačnosti, prikazan je u tabeli T.3-1.

T.3-1. Označavanje dozvoljenih odstupanja kapacitivnosti

KLASA TAČNOSTI

DOZVOLJENO ODSTUPANJE (%)

SLOVNA OZNAKA

0.001 ± 0.1 B 0.002 ± 0.25 C 0.005 ± 0.5 D 0.01 ± 1 F 0.02 ± 2 G I ± 5 J II ± 10 K III ± 20 M IV - 10

+ 30 Q

V - 10 + 50

T

VI - 20 + 50

S

3.1.2. DIELEKTRICI ZA KONDENZATORE

Karakteristike kondenzatora i kapacitivnost, kao osnovna karakteristika, prevas-hodno zavise od toga koji je dielektrik upotrebljen u kondenzatoru. Kako se dielektrici dele u osnovne dve grupe, polarne i nepolarne, tako se i kondenzatori, u zavisnosti od kog dielektrika su napravljeni, dele na više vrsta.

Prema rasponu kapacitivnosti, odnosno, oblastima korišćenja dielektrici se dele na:

1) Liskun, staklo, keramika sa malim gubicima (keramika tipa I ) i njima slični; koriste se za kondenzatore čije su kapacitivnosti od nekoliko pF do nekoliko stotina pF.

2) Keramika sa velikom vrednošću dielektrične konstante (keramika tipa II i tipa III); koristi se za kondenzatore kapacitivnosti od nekoliko stotina do nekoliko desetina hiljada pF.

3) Hartija i metalizirana hartija; koristi se za kondenzatore kapacitivnosti od ne-koliko hiljada pF do nekoliko μF.

4) Oksidni slojevi; koriste se za elektrolitske kondenzatore kapacitivnosti reda μF i veće.

5) Dielektrici u obliku folija, kao što su stirofleks, poliester, polikarbonat, itd; koriste se za kondenzatore kapacitivnosti od stotinu pF do nekoliko μF.

Kondenzatori

78

Dielektrična konstanta je veoma važna veličina kondenzatora, jer od nje direktno zavisi i vrednost kapacitivnosti. Vrednosti dielektričnih konstanti nekih dielektrika date su u tabeli T.3-2.

T.3-2. Tabela relativnih dielektričnih konstanti i tangensa ugla gubitaka nekih dielektrika

MATERIJAL εr tg δ 104 Vakuum 1 0 Polipropilen 2.2 5-10 (pri 1MHz) Vazelin 2.3 3-5 (pri 1MHz) Polistirol 2.4-2.6 ≤2 (pri 50 Hz) Polikarbonat 2.8 ≤10 (pri 50 Hz) Poliester 3.25 ≤20 (pri 50 Hz) Hartija 3.4-5.5 30-60 (pri 50 Hz) metalizirana hartija 3.5-4.0 50-150 (pri 1 KHz) Staklo 4 4-10 (pri 1 MHz) Liskun 6.8-7.5 0.5-2 (pri 50 Hz) oksid aluminijuma 8.5-10 500-1000 (pri 1 KHz) oksid tantala 25-27 500 (pri 1KHz) teflon 2.1-2.3 2 (pri 1 KHz)

Vrednosti dielektričnih konstanti su od velikog značaja, jer se njihova veličina

upoređuje sa veličinom dielektrične konstante vakuuma. Koliko je puta veća vrednost di-električne konstante datog dielektrika, toliko puta veću energiju može nakupiti kon-denzator pri istom naponu na kondenzatorskim oblogama.

Dielektrična konstanta zavisi od mnogo faktora, u opštem slučaju, od temperature, napona i frekvencije promene električnog polja između obloga kondenzatora, a samim tim je i kapacitivnost kondenzatora funkcija ovih veličina. Ipak, mehanizam polarizacije najviše određuje zavisnost dielektrične konstante od različitih faktora.

3.1.3. OTPORNOST IZOLACIJE I VREMENSKA KONSTANTA KONDENZATORA

Pri punjenju realnog kondenzatora, struja punjenja tokom vremena asimptotski se približava nuli i konačno zadržava vrlo malu vrednost, reda stotog ili hiljaditog dela μA, izuzev kod elektrolitskih kondenzatora. Konstantna struja koja protiže kroz dielektrik pod uticajem napona na oblogama kondenzatora i koja je praktično, struja gubitaka, zove se struja curenja Icu. Uslovljena je postojanjem slobodnih jona i elektrona u dielektriku, odnosno njegove određene elektroprovodnosti. Količnik napona Uc koji je doveden na kondenzator i struje curenja, daje otpornost izolacije tj. vrednost otpornosti posmatranog kondenzatora kroz koji teče jednosmerna struja: Riz =Uc /Icu

Kondenzatori

79

Otpornost izolacije visokokvalitetnih kondenzatora je veoma velika i prvenstveno

zavisi od specifične zapreminske otpornosti dielektrika ρ i njegovih dimenzija (debljine d i površine S) : Riz = ρ d / S

Na osnovu ove relacije dobija se: Riz C = εo . εr . ρ = τc (7)

Veličina τc=RizC zove se vremenska konstanta i izražava se u sekundama. Prak-tično vremenska konstanta kondenzatora predstavlja vreme za koje količina elektriciteta opadne na 1/e deo (ili 36.8%) početne vrednosti. Za različite tipove kondenzatora vrednost vremenske konstante iznosi od nekoliko sekundi do nekoliko dana, što se vidi iz priložene tabele:

T.3-3. Vrednosti vremenskih konstanti različitih tipova kondenzatora

TIP KONDENZATORA VREMENSKA KONSTANTA polistirolni (stirofleksni) nekoliko dana Papirni nekoliko sati tantalovi elektrolitski (1÷2) sata keramički sa velikom vrednošću dielektrične konstante

nekoliko minuta

aluminijumski elektrolitski sa nenagriženom anodom

nekoliko sekundi

Vremenska konstanta kondenzatora kapacitivnosti manjih od 100 nF više je uslovljena konstrukcijom i spoljašnjim izgledom kondenzatora nego samim osobinama dielektrika. Kod kondenzatora malih kapacitivnosti otpornost izolacije je određena ne samo specifičnom otpornošću dielektrika Rob , već i površinskom otpornošću Rpov, koja je određena strujom curenja po krajnjim površinama (ivicama) kondenzatora, po površini izvoda kondenzatora, i iznosi:

pov

ob

obiz

RR

RR+

=1

(3.8)

Kod velikih vrednosti kapacitivnosti važi relacija Rpov>>Rob pa je Riz≈Rob. Tada se može koristiti ranije navedena relacija za Riz, a vremenska konstanta predstavlja pogodnu karakteristiku kvaliteta kondenzatora.

Kod malih kapacitivnosti (manjih od 100nF) važi relacija Rpov<Rob, pa se relacija za Riz ne može koristiti. U ovom slučaju kvalitet kondenzatora se ne određuje

Kondenzatori

80

vremenskom konstantom već veličinom otpornosti izolacije nađenom neposrednim me-renjem.

3.1.4. GUBICI U KONDENZATORU

Kada realni kondenzator priključimo u električno kolo vremenom dolazi do nje-govog zagrevanja i zračenja toplote u okolinu.Ovo zračenje predstavlja bespovratni gu-bitak energije kondenzatora, a može dovesti i do nedozvoljenog povećanja njegove tem-perature.To povećanje temperature iznad temperature okoline, srazmerno je snazi gu-bitaka Pa. Ukupna snaga gubitaka u kondenzatoru iznosi: Pa = Pε + Pm (3.9) gde su Pε-snaga gubitaka u dielektriku i Pm-snaga gubitaka u metalnim delovima kon-denzatora.

Gubici u dielektriku su u osnovi povezani sa procesom relaksacione polarizacije i provodnošću dielektrika. Gubici u metalnim delovima uslovljeni su zagrevanjem obloga, izvoda i kontakata i takodje pojavom “svetlucanja” i vibracija obloga pod dejstvom naizmeničnog električnog polja. Pojava svetlucanja, vezana je sa nastajanjem mikroluka između osnovnog dela metalizirane obloge i “ostrvaca” metala na njegovim krajevima. Karakteristična je za kondenzatore kod kojih se obloge sastoje od tankih slojeva metala nanešenih na dielektrik.

Ekvivalentna šema realnog kondenzatora se može predstaviti na različite načine, ali se najčešće koristi redna ili paralelna veza otpornika i kondenzatora.

Snaga gubitaka u metalnim delovima može se izraziti preko gubitaka na rednoj otpornosti kondenzatora Rr. Na sl.3.1 prikazana je ekvivalentna šema i fazorski dijagram napona i struja.

Sl.3.1. Redna veza kondenzatora sa gubicima a) ekvivalentna šema b) fazorski dijagram napona i struja

Ugao koji dopunjuje ugao izmedju fazora struje I i napona U do 90° naziva se ugao gubitaka.Tangens tog ugla izračunava se :

CR

CI

IrUUtg r

c

rm ω=

ω

==δ1

(3.10)

Paralelna veza opisuje slučaj kada preovladavaju gubici u dielektriku. U tom slučaju ekvivaletna šema i fazorski dijagram napona i struja dati su na sl.3.2:

Kondenzatori

81

Sl.3.2. Paralelna veza kondenzatora sa gubicima

a) ekvivalentna šema b) fazorski dijagram napona i struja Tangens ugla gubitaka tada je:

CRCU

RU

IItg

p

p

c

r

ω=

ω==δε

1 (3.11)

Rezultujući tangens ugla gubitaka je veoma važna veličina kondenzatora:

εε δδδ tgtg

PPP

PP

tg mr

m

r

a +=+

== (3.12)

Kao pokazatelj kvaliteta kondenzatora ponekad se koristi faktor dobrote kon-denzatora Q koji se definiše na sledeći način:

a

C

pWQ maxω= (3.13)

gde je ω - kružna učestanost, WCmax - maksimalna energija električnog polja kondenzatora a pa - aktivna snaga kondenzatora. Ako se realni konenzator predstavi ekvivalentnom šemom kao na sl. 3.2a (paralelna veza kondenzatora i otpornika), tada se faktor dobrote svodi na oblik:

CRtg

Q pω=δ

=1 (3.14)

Kao što se iz relacije (12) vidi, tangens ugla gubitaka jednak je zbiru tangensa ugla gubitaka u metalu (tg δm) i dielektriku (tg δε). Treba naglasiti da je tg δε dominantan pri vrlo niskim učestanostima i da sa porastom učestanosti naglo opada. Sa druge strane tgδm raste sa frekvencijom, tako da se može smatrati da je na visokim frekvencijama tgδ≈tgδm. Tangens ugla gubitaka zavisi i od toga da li je dielektrik nepolaran ili polaran, kao što se vidi sa sl. 3.3a i 3.3b.

Pri malim vrednostima ugla gubitaka tg δ ≈ cos ϕ. U tim slučajevima gubici u kondenzatoru se ne mogu ocenjivati pomoću tg δ, već na osnovu faktora snage (cos ϕ). Snaga gubitaka se u tom slučaju može računati prema:

CtgICtgUUIPa ω

δδωϕ2

2cos === (3.15)

Snaga gubitaka može dostići vrlo veliku i opasnu vrednost za kondenzator kada on radi u kolima snažnih i visokofrekventnih uređaja. Slični uslovi se postižu pri radu kondenzatora u impulsnim režimima sa velikim amplitudama napona, odnosno struja, i visokim frekvencijama. Znatno veliki gubici mogu nastati i pri relativno niskim frek-

Kondenzatori

82

vencijama i ne mnogo velikim naponima u kondenzatorima sa velikim vrednostima ka-pacitivnosti.

Zavisnost snage gubitaka od frekvencije i napona ima znatno složeniji karakter od onog datog u prethodnoj relaciji, s obzirom da tangens ugla gubitaka zavisi od frekvencije i napona. Osim toga tangens ugla gubitaka, a time i snaga zavise i od temperature.

Nezavisno od toga koji je tip dielektrika upotrebljen u kondenzatoru, počev od nekih vrednosti frekvencija f1, temperature T1 i napona Ujon, dalje povećanje bilo koje od ovih vrednosti dovodi do porasta tg δ i gubitaka u kondenzatoru.

Sl. 3.3. Karakteristika zavisnosti tgδ od frekvencije

Napon Ujon se naziva jonizacioni napon i predstavlja vršnu dopustivu vrednost

napona na kondenzatoru. Povećanjem napona iznad vrednosti Ujon dolazi do uništenja kondenzatora sa organskim dielektricima kako usled pregrevanja, tako i usled raz-građivanja samog dielektrika. U kondenzatorima sa neorganskim dielektricima razgra-đivanje ne mora postojati, ali ostaje opasnost od pregrevanja na mestima intenzivne jonizacije.

3.1.5. FREKVENCIJSKA SVOJSTVA KONDENZATORA

Kako kondenzator poseduje parazitne veličine (parazitnu otpornost i parazitnu induktivnost), to njegova kapacitivnost jako zavisi od frekvencije. Odnosno, pri različitim frekvencijama kondenzator će imati izraženiji kapacitivni, ili induktivni karakter.

U kolu naizmenične struje realni kondenzator se obično predstavlja ekviva-lentnom šemom koja sadrži: kapacitivnost idealnog kondenzatora (C), otpornosti obloga i veza (Ro), otpornosti gubitaka u dielektriku kondenzatora (Rd) kao i parazitnu induk-tivnost (Lo) koja potiče od obloga i metalnih veza. Takva ekvivalentna šema kondenzatora na visokim učestanostima prikazana je na slici sl.3.4. C L0 R0 Rd

Sl.3.4. Ekvivalentna šema kondenzatora na visokim učestanostima

Kondenzatori

83

Parazitna induktivnost kondenzatora Lo je , uglavnom, mala i ima vrednost reda nH.Omska otpornost obloga kondenzatora i veza Ro je reda delova Oma, a otpornost gubitaka u dielektriku Rd je praktično jednaka otpornosti dielektrika, odnosno otpornosti izolacije kondenzatora, što znači vrlo velika ( reda više MΩ). Pri radnim frekvencijama f kondenzatora, koje su znatno niže od rezonantne fr, pri čemu je:

CL

fo

r π21

=

ekvivalentna šema kondenzatora se može svesti na rednu ili paralelnu vezu ekvivalentne otpornosti gubitaka i ekvivalentne kapacitivnosti (sl. 3.5). Cp Cr Rr Rp

Sl.3.5. Ekvivalentna šema kondenzatora u kolu naizmenične struje a) redna veza; b) paralelna veza

3.1.6. ELEKTRIČNA ČVRSTOĆA KONDENZATORA

Električna čvrstoća predstavlja jednu od najznačajnijih karakteristika kvaliteta kondenzatora. Električna čvrstoća se ocenjuje sledećim veličinama: probojnim naponom, naponom ispitivanja i radnim naponom.

Probojni napon Up – je najmanja vrednost napona pri kome nastupa proboj kondenzatora pri brzom ispitivanju. Probojni napon i kritično električno polje karakterišu tzv. kratkovremenu električnu čvrstoću. Kritično električno polje se zove još i die-lektrična čvrstoća.

Napon ispitivanja Uisp – je maksimalna vrednost napona pri kome broj probijenih kondenzatora iz grupe ispitivanih u vremenu većem od 1min ne prelazi nekoliko pro-cenata. Ovaj napon je manji od srednje aritmetičke vrednosti probojnog napona datog tipa kondenzatora.

Radni (nominalni) napon Un – je maksimalni napon pri kome kondenzator može pouzdano da radi u toku dužeg vremenskog intervala. Obično se garantuje najmanje 10 000 sati neprekidnog rada kondenzatora. Radni napon se kreće od nekoliko volti do ne-koliko kilovolti i za sobnu temperaturu od 20°C, a zavisi od prirode dielektrika i njegove debljine. Vrednost radnog napona uvek je manja od napona ispitivanja.

3.1.7. STABILNOST KONDENZATORA

Stabilnost nekog elementa, u opštem smislu govoreći, predstavlja njegovu posto-janost, odnosno, nepromenljivost osobina pri promenama radnih uslova. Tu se najviše

Kondenzatori

84

misli na dejstva spoljašnjih klimatskih i mehaničkih uticaja. Kod kondenzatora električna svojstva i radni vek zavise od ovih uticaja.

Temperatura je faktor čiji se uticaj na kapacitivnost ogleda i kroz dielektrik (me-nja se dielektrična konstanta, a i čvrstoća dielektrika) i kroz metalne delove (obloge).

Promena kapacitivnosti kondenzatora sa temperaturom može se predstaviti rela-cijom: C = Co ( 1 + αc ΔT) (3.16) gde je Co – kapacitivnost pri temperaturi To u odnosu na koju se meri promena ka-pacitivnosti, a αc je temperaturni koeficijent kapacitivnosti.

Temperaturni koeficijent kapacitivnosti obično ima pozitivne vrednosti, ali kod nekih dielektrika vrednost dielektrične konstante opada sa porastom temperature, pa tem-peraturni koeficijent kapacitivnosti ima negativne vrednosti.

Od klimatskih promena važno je voditi računa još i o vlažnosti, pa čak i o pro-meni atmosferskog pritiska. Vlaga može i te kako imati nepoželjno dejstvo na konden-zator, naročito ukoliko prodre u dielektrik čime se menja dielektrična konstanta die-lektrika, a time i kapacitivnost kondenzatora. Ovako se znatno smanjuje otpornost izo-lacije, rastu gubici i smanjuje se električna čvrstoća. Atmosferski pritisak, pak svojim sniženjem dovodi do smanjenja električne čvrstoće. Ova pojava se pojačava sa pove-ćanjem nadmorske visine, pri čemu promena vrednosti dielektrične konstante koja pri tome nastaje ne utiče na promenu kapacitivnosti kondenzatora.

Kondenzatori su podložni dejstvu mehaničkih uticaja, koja mogu dovesti do po-meranja obloga kondenzatora ili čak i do oštećenja.

85

44.. KKAALLEEMMOOVVII

Induktivni element, odnosno kalem je deo (element) električnog kola čiji koeficijent samoindukcije (induktivnost) nije zanemarljiv. On se, konstruktivno, najčešće sastoji od izvesnog broja zavojaka žice namotanih na kalemskom telu koje je, po pravilu, napravljeno od magnetski linearnog materijala (karton, keramika, pertineks, prešpan, bakelit i sl.). U nekim slučajevima u kalemska tela se stavlja jezgro u obliku štapića ili nekog drugog oblika (magnetski zatvorene konture, kao što su torusna, lončasta i druga jezgra), a u cilju povećanja induktivnosti.

4.1. KARAKTERISTIKE KALEMOVIMA

Svaki kalem, pored induktivnosti L, ima i druge električne osobine o kojima pri upotrebi kalema treba voditi računa, to su: otpornost namotaja, ekvivalentna otpornost gubitaka, sopstvena kapacitivnost, kapacitivnost prema masi i vremenska konstanta τ=L/R.

4.1.1. INDUKTIVNOST KALEMOVA

Osnovna veličina koja karakteriše kalem je njegova induktivnost. U opštem slučaju induktivnost L kalema se definiše kao:

2m

I2W L = (4.1)

gde je Wm - ukupna energija magnetnog polja kalema, I - struja u kalemu. U posebnom slučaju kada se energija lokalizovana u provodniku kalema može zanemariti u odnosu na energiju lokalizovanu van provodnika, u linearnim sredinama, induktivnost se može približno izraziti kao količnik sopstvenog fluksa φ i struje u kalemu koja stvara taj fluks:

I

N L φ= (4.2)

gde je N - broj navojaka kalema. Jedinica za induktivnost je henri [H], a često se koriste i multipli te jedinice nH, μH i mH, jer u zavisnosti od namene kalema njegova induktivnost može biti od nekoliko nH do nekoliko stotina mH. Induktivnost dugačkog cilindričnog kalema dužine l, površine poprečnog preseka S sa N zavojaka žice, bez jezgra čija je dužina mnogo veća od prečnika srednjeg navojka, može se izračunati približno, korišćenjem obrasca:

Kalemovi

86

l

SN L 2oμ= (4.3)

gde je μo permeabilnost (magnetna propustljivost) vakuuma i iznosi:

.mH104 7

o ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡⋅= −πμ

Kod isto takvih kalemova dužine l sa jezgrom je:

,SN L effeo

lμμ≈ (4.4)

gde je μe - ekvivalentna relativna magnetna propustljivost jezgra (μ = μeμo, gde je μr - relativna magnetna propustljivost, Seff - svedeni efektivni poprečni presek kalema. Proračun induktivnosti kalemova, u principu, vrši se uz korišćenje po-luempirijskih obrazaca u kojima su uzeti u obzir: oblik i dimenzije kalema, vrsta jezgra, prečnik i vrsta izolacije žice upotrebljene za namotaje i sl., o čemu će biti reči kasnije.

4.1.2. TOLERANCIJE IZRADE

Veličine dozvoljenih odstupanja induktivnosti odnosno tolerancije određene su namenom kalemova. Klase tačnosti kreću se od 0.2-0.5% za kalemove koji se primenjuju u oscilatornim kolima do 10-15% za kalemove koji se primenjuju na frekvencijama koje su daleko od rezonantne.

4.1.3. EKVIVALENTNA ŠEMA KALEMA

Uprošćena ekvivalentna šema kalema data je na sl.1.4.1.

Sl.4.1. Ekvivalentna šema kalema i odgovarajući fazorski dijagram

(L- induktivnost kalema, R- aktivna otpornost kalema, Co- njegova sopstvena kapacitivnost)

Impedansa kalema, koji je predstavljen ekvivalentnom šemom na slici sl.4.1, data je izrazom:

Kalemovi

87

20

20

2

20

02

20

20

2 )()1(

1

)()1(1

RCLCLRCLC

LjRCLC

RZωω

ωω

ωω +−

−−+

+−= (4.5)

Prikazana ekvivalentna šema (sl. 4.1) može se transformisati u rednu ekvivalentnu šemu, prikazanu na sl. 4.2. pri čemu odgovarajuće vrednosti ekvivalentne otpornosti i in-duktivnosti kalema iznose:

20

20

2 )()1(1

RCLCRRe ωω +−

= (4.6)

20

20

2

20

02

)()1(

1

RCLCLRCLC

LLe ωω

ω

+−

−−= (4.7)

Jednostavniji oblik ekvivalentne šeme sa sl. 4.1. koristi se u slučjevima kada se može zanemariti uticaj sopstvene kapacitivnosti, pri čemu je Re=R i Le=L, a od-govarajuća ekvivalentna šema i fazorski dijagram je kao na slici sl.4.2.

Sl.4.2. Redna ekvivalentna šema i odgovarajući fazorski dijagram

Ponekad je pogodnije da se u odsustvu sopstvene kapacitivnosti posmatra uticaj otpornosti gubitaka kalema u paralelnoj vezi sa induktivnošću kalema L kao na sliici 4.3.

Sl.4.3. Paralelna ekvivalentna šema kalema U ovom slučaju vrednosti ekvivalentne induktivnosti i otpornosti prema sl. 4.2. dobijaju se u sledećem obliku:

22

2

)( LRRLLe ω+

= ; 22

2

)()(LR

LRRe ωω+

= (4.8)

Kalemovi

88

4.1.4. VREMENSKA KONSTANTA KALEMA

Kvalitet kalemova koji su uključeni u kolo jednosmerne struje određuje se vremenskom konstantom: τ = L / Ro (4.9) gde je : τ - vremenska konstanta, L – induktivnost, Ro- otpornost pri jednosmernoj struji.

4.1.5. GUBICI U KALEMU

Ukupni gubici u kalemu sastoje se od gubitaka u jezgru, gubitaka u namotaju i gubitaka u dielektriku. Gubici u jezgru se najbolje izražavaju snagom gubitaka za velike amplitude polja tj. indukcije, dok se za male amplitude lakše izražavaju kompleksnom magnetskom propustljivošću ili uglom gubitaka ili otpornošću gubitaka.

1. Histerezisni gubici su vezani za nepovratne procese koji nastaju u toku magnećenja feromagnetskog materijala prostoperiodičnom strujom. Gubici energije po jedinici zapremine magnetskog materijala su direktno srazmerni površini koju uokviruje histerezisna petlja u koordinatnoj H-B ravni (H[A/m], B[T]). Snaga ovih gubitaka je srazmerna frekvenciji prostoperiodične struje.

Za idealan torus sa δv= l eS snaga usled histerezisnih gubitaka je data izrazom:

hhhh RIVWfWP 2)(2

=⋅== ⋅ δπ

ω (4.10)

a ekvivalentna otpornost usled histerezisnih gubitaka:

LBLtgRd

mhh ω

μπμυωδ 2

034

=⋅= (4.11)

gde je: f – frekvencija, μd – normalna relativna propustljivost (m

md H

B

0μμ = , Bm – mak-

simalna magnetska indukcija, Hm – maksimalno magnetsko polje, υ - parametar (koji ima dimenziju 1/H)).

Za velike amplitude, gubici se opisuju snagom po jedinici mase jezgra (GFe), koja se označava sa:

( ) 332

0

2

134

aDm

mhh

Fe

hhG HH

BffWV

VfWGPP

μμγν

γγδδ

+==== (4.12)

gde je: γ - specifična težina, HD – polje koje duplira μd od μa (υHD=μa), μa – početna relativna magnetska propustljivost. Za Hm<<HD dobija se Ph≈2νGfef Bm

3 / 3γμ02μa

3∝fBm3, a za Hm>>HD, gde je

μd≈νHm=νBm/μ0μd, 0/ μνμ md B= , dobija se: Ph∝fB1.5. Ipak, pokazuje se da je zavisnost od Bm veća, pa važi relacija :

am

Fe

hGh Bf

GpP ⋅⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛⋅Θ==100

(4.13)

Kalemovi

89

pri čemu je Θ sačinilac gubitaka i zavisi od γ i osobina materijala, a – parametar (a=1÷3). 2. Rezidualni gubici - su posledica nepovratnih fluktuacionih procesa u

magneticima koji mogu biti različitog porekla. Za niske frekvencije i male indukcije ukupan tangens ugla gubitaka usled histerezisnih i vihornih gubitaka proporcionalan je samoj indukciji i frekvenciji: )( kfBtgtgtg mVR +∝=+ δδδ . Međutim, gubici postoje i kada je B=0; f=0, koji se nazivaju rezidualni gubici (tgδr), a potiču od fluktuacija magnetnog polja, pa je: rVR tgtgtgtg δδδδ ++= ; LRtg rr ωδ = (4.14)

3. Gubici usled vihornih struja - mogu se lako proračunati za prostije poprečne preseke jezgra i niže frekvencije (kada se zanemaruju struje indukovane vihornim strujama). Za ove gubitke definiše se redna otpornost gubitaka usled vihornih struja, kao:

( ) 222

22

22

2 22 LflH

NVdfBlH

NPRem

m

emv υ

ρπ

νν =⋅⋅

Γ== (4.15)

gde je υ - faktor gubitaka usled vihornih struja, Γυ - tzv. svedeni geometrijski faktor, N – broj zavojaka, d – prečnik kod poprečnog preseka jezgra, le – ekvivalentna dužina magnetskih linija, v - zapremina jezgra i ρ - specifična električna otpornost. Ovi gubici mogu se smanjiti na dva načina: lameliranjem, tj. deljenjem površine preseka na manje galvanski izolovane površine (koriste se feromagnetni limovi); i povećanjem specifične otpornosti (što se izvodi upotrebom ferita i magnetodielektrika).

Gubici u namotajima posmatraju se preko dve pojave: skin efekta i blizinskog efekta. Skin efekat predstavlja potiskivanje struje ka površini provodnika sopstvenim naizmeničnim poljem, dok ukoliko se potiskivanje obavlja posredstvom polja drugih provodnika u blizini govorimo o blizinskom efektu. Kao što je ranije rečeno, jedan od načina opisivanja gubitaka je otpornost. Pored otpornosti kojom se kalem suprotstavlja proticanju jednosmerne struje, otpornost se sastoji još i od dodatne otpornosti koja je posledica različitih gubitaka pri radu na visokim frekvencijama.

Dakle, aktivna otpornost namotaja pri radu sa naizmeničnom strujom znatno je veća usled površinskog efekta i efekta blizine. Otpornost žice bilo jednoslojnog bilo višeslojnog kalema na frekvencijama najviše 7-10 MHz može se izračunati pomoću relacije:

)]()2

()([ 20 zG

DkNdzFRR f += (4.16)

gde je: Rf – otpornost žice namotaja na frekvenciji f, Ro – otpornost žice pri jednosmernoj struji, d – prečnik neizolovane žice, N – broj navojaka, D – prečnik jednoslojnog kalema ili spoljni prečnik višeslojnog kalema, k - koeficijent koji uzima u obzir uticaj dimenzija namotaja na efekat blizine.

Zavisnost F(z) određuje uticaj površinskog efekta, a zavisnost G(z) uticaj efekta

blizine, rμμπσ 0f4d z = , σ - specifična električna provodnost.

Dielektrični gubici u kalemu javljaju se zbog prisustva sopstvene kapacitivnosti kalema i zavise od veličine te kapacitivnosti, kvaliteta materijala kalemskog tela, odnosno izolacije žice i frekvencije.

Kalemovi

90

Veoma važna veličina je sopstvena kapacitivnost namotaja C0, koja u stvari predstavlja kapacitivnost koja bi se merila na krajevima namotaja, a potiče od kapacitivnosti između susednih zavojaka (Coz1), susednih slojeva (Cos1) i slojeva i jezgra.

Može se pretpostaviti da je otpornik ekvivalentne otpornosti usled dielektričnih gubitaka vezan paralelno sa kondenzatorom ekvivalentne kapacitivnosti jednake sopstvenoj kapacitivnosti kalema. Veličina te otpornosti je data relacijom:

δω tgC

Ro

a1

= (4.17)

Ova otpornost preslikana na rednu ekvivalentnu šemu iznosi: [ ]Ω= −332

0 1025.0 fLtgCrd δ (4.18) gde je : Co – sopstvena kapacitivnost u pF, L – induktivnost u μH, f – frekvencija u Hz.

Kao što se iz relacije (4.18) vidi, dielektrični gubici su srazmerni učestanosti na treći stepen, pa imaju bitan značaj samo u kalemovima za kratke i ultrakratke talase. Na dugim i srednjim talasima, pa i kod višeslojnih, unakrsno motanih kalemova i pri upotrebi kalemskog tela od lošeg materijala u pogledu gubitaka, dielektrični gubici se mogu zanemariti u odnosu na gubitke u bakru. Treba imati na umu da oklop kalema, zavtrnji za pričvršćivanje, kondenzatori, otpornici i drugi slični delovi, postavljeni u blizini kalema, mogu znatno da pogoršaju kvalitet kalema. Na osnovu svega rečenog o gubicima u kalemu proizilazi da je ekvivalentna otpornost gubitaka kalema: Re ∼ A + Bf + Cf2+Df3, (4.19) gde prvi član u izrazu potiče od otpornosti žice namotaja (A), drugi od histerezisnih i rezidualnih gubitaka (Bf), treći zbog vihornih struja (Cf2) i četvrti (Df3) usled di-električnih gubitaka. Od ekvivalentne otpornosti gubitaka direktno zavisi kvalitet kalema, koji se izražava kroz faktor dobrote Q.

4.1.6. FAKTOR DOBROTE KALEMA

Faktor dobrote kalema (Q-faktor) se definiše kao:

PW

Q max mω= (4.20)

gde je ω - kružna učestanost, Wm max - maksimalna energija magnetskog polja, a P - aktivna snaga kalema. U slučaju kada je realni kalem predstavljen rednom ekvivalentnom šemom (sl. 4.2a) faktor dobrote se svodi na oblik:

e

e

RL

Qω

= (4.21)

Zavisnost Q-faktora od frekvencije prikazana je na sl. 4.4.

Kalemovi

91

Sl.4.4. Dijagram zavisnosti Q faktora od frekvencije

Pri povećanju frekvencije nastupi jedan trenutak kada otpornost R brže raste od induktivne otpornosti ωL, pa Q faktor prolazi kroz širok maksimum. Odgovarajući frekvencijski opseg u kome Q faktor prolazi kroz širok maksimum bira se za radni opseg frekvencija kalema.

Induktivnost kalema sa jezgrom je μr puta veća od induktivnosti istog kalema bez jezgra. Ukoliko jezgro ne bi unosilo gubitke, faktor dobrote kalema sa jezgrom bi bio μr puta veći: Qj = μr Q (4.22) Međutim, zbog uticaja gubitaka u jezgru, ovo povećanje je nešto manje. Može se smatrati da se Q faktor kalema sa jezgrom povećava približno √μr puta u odnosu na isti kalem, ali bez jezgra.

Sa povećanjem frekvencije rastu gubici, a magnetska propustljivost μ opada. To dovodi do pada Q faktora. Odnos Q faktora kalema sa jezgrom i Q faktora kalema bez jezgra može poslužiti za određivanje radnog opsega frekvencije. Gornja granica radnih frekvencija dobija se kada ovaj odnos postaje jednak jedinici, mada se kalem može koristiti i na većim frekvencijama (u određenim slučajevima).

4.1.7. STABILNOST KALEMOVA I TEMPERATURSKI KOEFICIJENAT INDUKTIVNOSTI

Pod stabilnošću karakteristika kalemova podrazumeva se nepromenljivost nje-govih parametara pod dejstvom temperature, vlage i starenja.

Promena temperature kalema ne utiče neposredno na veličinu induktivnosti, kao što je to slučaj sa otpornošću, već utiče posredno. Ovaj uticaj javlja se usled promene sopstvene otpornosti i sopstvene kapacitivnosti, zatim usled promene dimenzija kalema i, na kraju, usled promene magnetnih osobina magnetnog materijala kod kalemova sa jezgrom. Uticaj temperature na veličinu induktivnosti karakteriše se temperaturnim koeficijentom induktivnosti (TCL):

LdT

dLLT

LTCL 11⋅=⋅

ΔΔ

= (4.23)

Kalemovi

92

Induktivnost kalema zavisi od njegovih dimenzija S i l, a kod kalemova sa jezgrom i od magnetne propustljivosti koja se menja pod dejstvom temperature.

Veličina TCL kalema kao celine zavisi od kvaliteta kalemskog tela i jezgra, vrste kalema i njegovih dimenzija, oklopa i dr. Kod jednoslojnih kalemova bez jezgra TCL je u granicama (20-80)10-6 l/oC, a kod višeslojnih sa telom od tvrde hartije (100-200)10-6 1/°C.

Uticaj temperature na Q faktor uslovljen je promenom otpornosti. Faktor dobrote kalemova od bakarne žice smanjuje se približno 10% za svakih 30°C povećanja tem-perature. Na visokim temperaturama javlja se dopunsko smanjenje faktora dobrote zbog povećanja dielektričnih gubitaka u kalemskom telu.

Uticaj vlage može biti od velikog značaja na vrednost induktivnosti. Vlaga može da smanji izolaciju kalema i obrazuje paralelnu vezu sa sopstvenom induktivnošću, otpornošću i kapacitivnošću. S druge strane, vlaga može vremenom da razori pojedine delove kalema i utoliko više ukoliko je kalem izložen višoj temperaturi, bilo da je to radna temperatura, bilo spoljna ili obe zajedno kalemove treba zaštititi od vlage i to kako namotaj tako i telo kalema. To se radi hermetizacijom ili impregnacijom i premazi-vanjem namotaja nehigroskopnim materijalima. Takvi kalemovi imaju manji Q faktor i veću sopstvenu kapacitivnost, ali su zato otporniji na dejstvo vlage.

Starenje kalemova javlja se usled više uzroka, a najčešće usled mehaničkih naprezanja u materijalu koja se u toku vremena ujednače. Starenje se naročito primećuje ako se za kalemsko telo upotrebljava organski dielektrik. Ako je kalemsko telo od ke-ramike uticaj starenja se praktično ne primećuje. Nagle promene temperature utiču na ubrzanje starenja, pa se primenjuje tzv. veštačko starenje, tj. temperiranje. Ono je veoma važno kod kalemova koji se primenjuju u oscilatornim kolima sa velikom stabilnošću učestanosti.

93

55.. TTRRAANNSSFFOORRMMAATTOORRII

5.1. OPŠTE O TRANSFORMATORIMA I NJIHOVA FUNKCIJA

Prema definiciji transformatora koju je dala Međunarodna elektrotehnička komisija (IEC) transformator je statički aparat, koji pomoću elektromagnetske indukcije, pretvara jedan sistem naizmeničnih struja u jedan ili više sistema naizmeničnih struja, iste učestanosti i obično različitih vrednosti napona i struja.

Najjednostavniji transformator se sastoji od dva namotaja, primara i sekundara, spregnutih induktivno. Primarni namotaj je povezan sa izvorom naizmeničnog napona, a u sekundaru se indukuje napon koji je viši, niži, ili je jednak primarnom naponu. Prenos električne energije sa primara na sekundar obavlja se posredno, preko energije indukova-nog magnetnog polja. Otuda potiče i naziv transformator, jer transformaciju jednog naiz-meničnog napona u drugi, omogućava transformacija električne energije u energiju magnetnog polja na primaru, a zatim obrnut proces na sekundaru. Jezgro od fero-magnetskog materijala omogućava bolju spregu primara i sekundara, uz smanjenje nemi-novnih gubitaka. Na slici sl.5.1 je data osnovna šema transformatora sa jednim primarim i jednim sekundarnim namotajem.

Sl.5.1 Šema najjednostavnijeg transformatora sa jednim primarim i jednim sekundarom i odgovarajući simbol

Značajna osobina naizmeničnih struja, da se njihovi naponski nivoi, pomoću

transformatora, lako menjaju i prilagođavaju potrebama korisnika, doveli su krajem XIX veka do napuštanja energetskog sistema baziranog na jednosmernim strujama, i razvoj naizmeničnog, trofaznog sistema kakav je danas u upotrebi, zaslugom Nikole Tesle.

Transformatori sa prenosnim vodovima obezbeđuju prenos električne energije na daljinu uz minimalne gubitke, koriste se za povećanje ili smanjenje naizmeničnog napo-na, u elektronici i telekomunikacijama se koriste kao prilagođavajući elementi ili za gal-

Transformatori

94

vansko odvajanje kola, a da se sačuva veran prenos signala određenog opsega učestanosti između odvojenih delova kola.

Sklop za napajanje kod savremenih uređaja se danas ne može zamisliti bez transformatora. Relativno velike i teške mrežne transformatore su zamenili mali i lagani impulsni transformatori, koji u sadejstvu sa poluprovodničkim elektronskim komponen-tama imaju funkciju snižavanja/povećanja i ispravljanja napona.

Danas na tržištu postoji veliki izbor različitih tipova transformatora, fabrički prilagođenih za određene namene, ali ta činjenica ne treba da umanji važnost proučavanja i konstruisanja transformatora. Često se nameće potreba za realizacijom vanserijskih transformatora za specifične namene, pa i optimizacijom postojećih tipova, radi uštede u ceni koštanja ili poboljšanju ukupnih karakteristika. Na slici 5.2 su prikazani samo neki tipovi i oblici transformatora koji se danas mogu susresti.

Sl.5.2 Različiti tipovi transformatora

5.2. KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORA I NAČIN TRANSFORMACIJE STRUJE I NAPONA

Transformator je relativno jednostavne konstrukcije. Sastoji se iz (sl.5.1): • transformatorskog jezgra, • kalemskog tela, na kome su namotani navojci, • primarnih namotaja (primara), i • sekundarnih namotaja (sekundara). Da bi se stekao uvid u fizičke pojave i da bi se postavile najbitnije jednačine

transformatora, uvodi se pojam savršenog transformatora. Na slici sl.5.3 data je ekvi-valentna šema savršenog transformatora.

Transformatori

95

Sl. 5.3. Ekvivalentna šema savršenog transformatora

Savršeni transformator ima sledeće osobine: • zanemarena je otpornost primara (R1) i sekundara (R2), • nema rasipanja fluksa i isti je u oba namotaja i • ne postoje gubici u gvožđu (PFe=0).

Neka je N1 broj zavojaka primara, a N2 broj zavojaka sekundara. Kada se primarni namotaj priključi na izvor naizmenične struje stvara se

promenljivo magnetno polje i indukuje se elektromotorna sila, koja se računa kao

dtdNe Φ

1−= (5.1)

gde je Φ magnetni fluks u poprečnom preseku jezgra primara. Jednačina naponske ravnoteže primara postaje:

0111 =−=+dt

dNueu Φ (5.2)

odnosno, za primarnu stranu važi:

dtdNu Φ

11 = (5.3)

Isti magnetni fluks postoji i u zavojcima sekundara, pa se na krajevima sekundara indukuje takođe elektromotorna sila, odnosno:

dtdNu Φ

22 = (5.4)

Deljenjem jednačine (5.4) sa jednačinom (5.3) dobija se:

nNN

uu

==2

1

2

1 (5.5)

gde je n karakterističan parametar transformatora koji zovemo odnos transformacije, i određuje odnos primarnog i sekundarnog napona, u zavisnosti od broja zavojaka primara i sekundara. Ako se pretpostavi da je zanemarljiva magnetna otpornost magnetnog kola (tj. μFe→∞), pošto nema gubitaka, snaga na primaru je jednaka snazi sekundara, tj:

Transformatori

96

2211 iuiu = (5.6) odnosno:

nNN

uu

ii

===2

1

2

1

1

2 (5.7)

5.3. EKVIVALENTNA ŠEMA REALNOG TRANSFORMATORA

Iako se transformator, ako nije previše štedljivo dimenzionisan u realnosti pri-bližava savršenom transformatoru, postoje određeni parametri koji se kod realnog trans-formatora ne mogu zanemariti. Namotaji realnog transformatora imaju izvesne električne otpornosti, koje izazivaju gubitke u navojima. Modeluju se otpornicima R1 i R2 (za omske otpornosti primara i sekundara respektivno), vezanim na red sa odgovarajućim namotajima savr-šenog transformatora kao na slici sl.5.4.

Sl.5.4. Savršeni transformator sa modelovanom omskom otpornošću namotaja

Gubici u bakarnim namotajima koji nastaju usled otpornosti primara i sekundara računaju se pomoću izraza:

222

211 iRiRPCu += [ ]W (5.8)

tj. zamenom izraza za i2 iz (5.7),

kCu RiRNNRiP 2

12

2

2

11

21 =

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡+= (5.9)

gde je Rk otpornost kratkog spoja transformatora i čini zbir otpornosti primara i sekundara svedene na primar. U otporniku Rk se razvija ista količina toplote kao u namotajima N1 i N2. Kod realnog transformatora magnetno polje se ne uspostavlja samo u feromagnetskom jezgru. Najveći deo linija magnetne indukcije prožima kako zavojke primara tako i sekundara, ali postoje i linije magnetne indukcije koje prožimaju samo deo zavojaka primara ili deo zavojaka sekundara bilo da se zatvaraju u jezgru ili delom u vazduhu. U teorijski idealnom slučaju sve linije indukcije bi prožimale i primar i se-kundar. Pošto u stvarnosti nije tako uvodi se pojam tzv. rasipnog fluksa koji se modeluje rasipnom induktivnošću u ekvivalentnim šemama (sl. 5.6) transformatora.

Transformatori

97

Sl.5.5. Linije magnetne indukcije u preseku transformatora namotanom na jezgru tipa VI Svaki od rasutih flukseva modeluje se sa odgovarajućom rasipnom induktivnošću primara LS1, odnosno sekundara LS2. Pa ekvivalentna šema sada dobija oblik:

Sl.5.6. Modelovanje rasipnih flukseva namotaja pomoću rasipnih induktivnosti

Kada transformator radi u režimu tzv. “praznog hoda”, bez opterećenja na se-kundaru, za održavanje magnetskog fluksa kroz jezgro transformatora potrebna je struja magnećenja iμ, a zbog nesavršenosti jezgra u njemu se javljaju gubici koji se pred-stavljaju aktivnom komponentom struje iFe. Odgovarajuće pojave se u ekvivalentnoj šemi modeluju sa paralelnom vezom otpornika otpornosti RFe i kalema induktivnosti Lμ, na strani primara, kako je prikazano na slici sl.5.7.

Sl. 5.7. Ekvivalentna šema realnog transformatora

Transformatori

98

Kada se izvrši svođenje sekundarnih impedansi na primar, dobija se ekvivalentna šema transformatora bez idealnog transformatora, pogodna za analizu prostoperiodičnih pojava sa primarne strane. Svođenje se vrši množenjem svih impedansi na sekundarnoj strani kvadratom odnosa transformacije n, tj.

2

2

2

12

2'2 Z

NN

ZnZ ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛== (5.10)

pa se konačno dobija ekvivalentna šema realnog transformatora svedena na primar kao:

Sl.5.8. Ekvivalentna šema realnog transformatora svedena na stranu primara

Predstavljena ekvivalntna šema pokriva ne samo mrežne transformatore i njihovu radnu učestanost od 50Hz, već se može koristiti za transformatore koji rade sa signalima učestanosti do nekih 500Hz. Iznad ove učestanosti do izražaja dolaze uticaji parazitnih kapacitivnosti i rasipnih induktivnosti, pa šema dobija nove elemente, ali o tome će biti više reči kod transformatora koji rade sa višim učestanostima signala. Gubici u jezgru transformatora se dele na gubitke usled vihornih struja i gubitke usled histerezisa. Gubici usled vihornih struja računaju se po obrascu:

eFvv GBfP ⋅⋅⎥⎦⎤

⎢⎣⎡= 2

max

2

100σ [W] (5.11)

gde je f učestanost u [Hz], Bmax indukcija izražena u [T], GFe je težina gvozdenog jezgra u [kg] (9,81 kN), dok je σv koeficijent gubitaka, koji zavisi od debljine 1ima, specifične otpornosti jezgra i gustine gvožđa. Gubici usled histerezisa za indukcije do 0,7 T računaju se po empirijskom obrascu:

eFh GfBP ⋅⎥⎦⎤

⎢⎣⎡⋅⋅θ=100

6,1max (5.12)

gde je θ koeficijent gubitaka, koji zavisi od vrste materjala i od gustine gvožđa. Za indukciju preko 0,7 T umesto člana 6,1

maxB treba uzeti 2maxB , pa se u tom slučaju dobija

izraz

FevFe GBffP ⋅⋅⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎥⎦⎤

⎢⎣⎡⋅+⎥⎦

⎤⎢⎣⎡⋅= 2

max

2

100100θσ [W] (5.13)

Transformatori

99

Vrednosti za σv i θ , kao i iznos srednje zagrade za f=50Hz i limove od silicijum-čelika date su u tabeli T.5.1

Tabela 5-1. Vrednosti za faktore gubitaka σv i θ , kao vrednost dela izraza 5.13 u srednjoj zagradi za f=50Hz i limove od silicijum-čelika

Vrsta lima σv θ vrednost [ ]L

Dinamo lim III × 0,50mm 2.45 3.5 2.36 Dinamo lim IV × 0,50mm 1.40 3.0 1.85 Dinamo lim IV × 0,35mm 0.70 2.4 1.38

Gubici u transformatoru uslovljavaju da ukupna utrošena snaga na primaru bude veća od korisne snage na potrošaču vezanom za sekundar. Zato se uvodi stepen korisnog dejstva transformatora η, koji se računa kao odnos korisne snage prema utrošenoj snazi. Izražen u procentima, je:

1002

2 ⋅++

=CuFe PPP

Pη [ ]% (5.14)

Kod savremenih mrežnih transformatora koji prenose velike snage, stepen korisnog dejstva iznosi 95% pa i više. Kod malih transformatora, stepen korisnog dejstva je manji i zavisi od snage, kao što je prikazano u tabeli T.5-2. T.5.2 Karakteristične vrednosti stepena korisnog dejstva transformatora

u zavisnosti od snage transformatora snaga [W] η [%]

3 – 10 60 - 70 10 – 25 70 - 80 25 – 50 80 - 85 50 – 100 85 - 90

100 – 1000 > 90

5.4. TRANSFORMATORSKA JEZGRA

Transformatorska jezgra predstavljaju putanju male magnetne otpornosti za zajednički fluks primara i sekundara, odnosno omogućavaju bolju spregu i bolji prenos energije. Već je ranije pomenuto da se u jezgru transformatora javljaju gubici usled vihornih struja i gubici usled histerezisa. Histerezisni gubici su srazmerni površini histerezisne petlje i zato su oni, kao i zagrevanje jezgra, utoliko veći ukoliko je veća po-vršina histerezisne petlje. Zbog toga se i zahteva od materiiala upotrebljenih za izradu jezgra transformatora da imaju što užu histerezisnu petlju.

Transformatori

100

Gubici usled vihornih struja zavise od specifične otpornosti materijala jezgra i učestanosti magnetnog polja. Da bi gubici bili manji, za jezgra se koriste materijali sa velikom vrednošću specifične otpornosti: silicijumom legirani gvozdeni 1im (Fe-Si), niklom legirani gvozdeni 1im (Fe-Ni) i feriti. Za mrežne frekvencije (50 Hz) koristi se silicijumom 1egirani gvozdeni 1im, dok se nik1om 1egirani gvozdeni 1im upotrebljava za audio transformatore. Feriti pokrivaju područje visokih frekvencija. Ako se silicijum doda gvožđu, povećava se njegova omska otpornost, srazmerno povećanju procenata silicijuma. Medutim, istovremeno se smanjuje vrednost magnetne indukcije u zasićenju i povećava krtost materijala. Pošto veće vrednosti indukcije znače manji broj zavojaka i veće opterećenje transformatora, to se silicijum ne može dodavati u većim količinama (obično od 0,5% pa do 4% silicijuma). Za razliku od vruće valjanih Fe-Si limova, hladno valjani, orijentisani, limovi imaju manje gubitke, veću vrednost magnetne indukcije i veću magnetnu propustljivost, ali magnentne osobine takvih limova izraženije su u smeru valjanja lima nego u drugim smerovima. To praktično znači da se prednosti orijentisanih limova mogu iskoristiti jedino kod transformatora kod kojih je indukcija u magnetnom jezgru uvek u smeru valjanja. Transformatori sa ovakvim jezgrima imaju znatno manje gubitke, veću magnetnu indukciju (do 1,85 T), a time i manje dimenzije i manju težinu u odnosu na odgovarajuće transformatore od vruće valjanih limova. U slučajevima kada su dozvoljeni samo mali gubici (precizni merni i mikrofonski transformatori) i kada je potrebna velika relativna propustljivost, upotrebljavaju se niklom legirani gvozdeni limovi. Ovi limovi sadrže od 36% do 80% nikla. Sa povećanjem procenta nikla u gvožđu, povećava se vrednost magnetne propustljivosti i istovremeno smanjuje magnetno polje, pri kome propustljivost dostiže maksimum. Postoji čitav spektar materijala za ove limove: permaloj (permalloy), supermaloj (supermalloy), hiperm (hyperm), anister D (anhister D - 48% Ni) itd. Feriti su nemetalni magnetni materijali ili magnetni poluprovodnici. To su jedinjenja oksida dvovalentnih metala sa oksidom gvožđa Fe2O3. Najviše su u upotrebi mešoviti feriti nikla i cinka sa oksidom gvožđa. Klasična Fe-Si i Fe-Ni jezgra imaju previsoke gubitke na visokim učestanostima usled vihornih struja, pa se u tim slučajevima koriste feritna jezgra, koja imaju veliku specifičnu otpornost. Feriti imaju i veliku početnu magnetnu propustljivost. Jezgra od ferita su vrlo tvrda i mogu se obrađivati jedino brušenjem i poliranjem. Pored namene za transformisanje visokofrekventnih sinusoidalnih signala, feritna jezgra se najviše koriste za trans-formatore u visokofrekventnim prekidačkim izvorima za napajanje koji rade na uče-stanostima višim od 15 kHz, pa čak i iznad 100 kHz. Postoji više standardnih oblika transformatorskih limova za jezgra. U praksi se najčešće koriste limovi tipa EI, UI i M, a imena su dobili po obliku limenih pločica. Na sl.5.9 i sl.5.10 su prikazani oblici EI i UI limova i tabelarno date standardizovane dimenzije. Transformatorski limovi su debljine 0.35mm i 0.50 mm. Slaganjem ovih tankih limova u pakete formira se transformatorsko jezgro. Limovi u paketu moraju biti međusobno izolovani, zbog smanjenja gubitaka usled vihornih struja. Izolacija se postiže lakiranjem limova, hemijskom obradom površine lima usled čega se formira tanak izolacioni sloj, ili umetanjem slojeva impregnisane hartije između limova.

Transformatori

101

Sl.5.9. Oblik i dimenzije standardnih EI limova

Sl.5.10. Oblik i dimenzije standardnih UI limova

Transformatori

102

U tabelama na sl.5.9 i sl.5.10 date su i srednje dužine magnetnih linija le. Za jezgra M i EI profila ove vrednosti su približno određene zbirom dve visine prozora c i ukupne dužine lima l, tj. lcle += 2 , a za jezgra od UI profila, vrednost le se izračunava kao lcle 22 += . Sa druge strane, feritna jezgra se formiraju u potpunosti u toku same proizvodnje. Postoje standardizovani oblici feritnih jezgara, a najpoznatiji su torusna jezgra, RM jezgra, PM jezgra, ETD jezgra itd. Na sl.5.11 kao primer prikazana su ETD i R M feritna jezgra.

Sl.5.11. Primeri feritnih ETD i RM jezgara

5.5. KALEMSKA TELA

Kako su dimenzije transformatorskih limova ili gotovih jezgara standardizovane, to i dimenzije i oblici kalemskih tela podležu standardizaciji. Kalemska tela za jezgra od transformatorskih limova se obično izrađuju od veštačkih, presovanih smola, prešpana, bakelitovane hartije ili trolitula. Na sl.5.12 je prikazano kalemsko telo za EI, UI i M jezgra, a u tabeli T.5-3 su date standardne dimenzije različitih tipova kalemskih tela.

Transformatori

103

Sl.5.12. Kalemsko telo za EI, UI i M jezgra

T.5-3. Dimenzije kalemskih tela za standardne profile transformatorskih limova sve dimenzije su u mm

Profil lima q g f l t M42 29 12.5 16 26.4 34 M55 37.5 18 22 33.5 43.5 M65 43 21 28 38 53.5 M74 49.5 24 34 44 63.5 M85 54.5 30 34 49 62

M102 65 35 37 61 71

EI42 27 15 15 19 30 EI48 31 17 17 22 35 EI54 35 19 19 24.5 38 EI60 39 21 21.5 27 44.5 EI66 43 23 24 30 46 EI78 51 27 28 35 54 EI84 55 29 30 38 60 EI92 66 26 25 45 72 EI106 75.5 30 33.5 52 88 EI130 92 36 37.7 63 105 EI150 107 41 42.7 70 122 EI170 121 46 47.7 84 141

UI30 19 11 11 28 33 UI39 25 14 14 35 43 UI48 31 17 17 44 52 UI60 39 21 21.5 55 64 UI75 49 26 27 70 83 UI90 59 31 32 80 100

UI102 67 35 36 92 130 UI114 75 39 40 104 150

104

66.. RREELLEEAA

Rele je električna komponenta, čija je osnovna uloga da pod dejstvom uprav-ljačkog signala vrši niz operacija uključivanja i iskljičivanja u elektičnim kolima. Pošto se, kod elektromagnetnih relea, vrši transformacija električne energije pobudnog signala u mehaničku energiju pomeranja delova sklopa relea, mogu se uvrstiti u transformatorske naprave.

Relea nisu, kao što na prvi pogled možda izgleda, samo jedan kompleksniji tip prekidača. Instrumentalno rele, koje se sreće kod većine analognih mernih instrumenata, poseduje pokretni krak, koji predstavlja merni pokazivač, i nema prekidačku funkciju.

Postoje relea koja se pobuđuju, ne samo električnim signalima već i termičkim (količina toplote i temperatura na pr.), ili mehaničkim signalima (kao što su pritisak i brzina), ali o njima neće biti reči u daljem izlaganju. Rele je stvoreno još 1837. kada je Semjuel Morze napravio prva elektomagnetna relea da omogući rad svog telegrafa. Od tada su relea postala nezaobilazane komponenete u uređajima za kontrolu i signalizaciju, automatsku zaštitu, daljinsko upravljanje i regu-laciju itd. Prvi, digitalni računari su realizovani korišćenjem hiljada relea. Pojavom po-luprovodničkih elektronskih komponenata (tranzistora pre svega), nastalo je mišljenje da je vreme relea prošlo, ali je, naprotiv, došlo do razvoja novih klasa relea, minijaturnih re-lea za štampane ploče, pa čak i integracije relea i poluprovodničkih komponenata u tzv. trećoj generaciji relea. Najznačajnije osobine, koje su omogućile da relea ostanu zastupljena komponenta u savremenim uređajima su:

• Galvansko odvajanje. Slično kao kod transformatora, postoji galvansko odva-

janje između ulaznog i izlaznog kola, odnosno, kalemskog kola sa jedne stra-ne i kontaktnog kola sa druge strane. U sklopu kontaktnog kola postoji gal-vansko odvajanje između različitih kontakata i kontaktnih sklopova. Vrednosti probojnog napona su između 500V i 1000V.

• Kontrola velike snage pomoću slabih signala. Na pobudno kolo relea se do-

vode signali malih naponskih ili strujnih vrednosti, koji na izlaznom (kon-taktnom) kolu upravljaju signalima velike snage.

• Sačuvana funkcionalnost u širokom opsegu vrednosti ulaznih signala. Isto re-

le može odlično funkcionisati pri različitim ulaznim naponima, bez obzira na talasnost napona. Dozvoljeno je vršiti i kratkotrajno optrećivanje relea iznad nominalnih vrednosti koje navodi proizvođač itd.

Relea

105

Sl.6.1 Različiti oblici i vrste relea

6.1. OPŠTA PODELA RELEA I NJIHOVE KARAKTERISTIČNE VELIČINE

Prema stepenu razvoja, sva postojeća relea se mogu podeliti u tri grupe:

• I generacija relea • II generacija relea • III generacija relea Relea prve generacije imaju sledeće funkcionalne delove: kalem sa feromag-

netnim jezgrom, pokretnu kotvu, jaram, kontaktnu oprugu, povratnu oprugu i kontakte. Funkcija ovih delova se najlakše opisuje kroz opšti princip rada ovih relea. Pobudni, ulazni signal se dovodi na namotaje kalema sa feromagnetnim jezgrom. Magnetno kolo nije potpuno zatvoreno, već između jezgra i pokretne kotve postoji vaz-dušni zazor (tzv. međugvožđe), tako da na pokretnu kotvu, u magnetnom polju deluje privlačna sila, koja teži da privuče kotvu jezgru i zatvori magnetno kolo. Mehaničko kretanje pokretne kotve se na kontakte prenosi preko kontaktne opruge. Po prestanku de-lovanja pobudnog signala, povratna opruga vraća kotvu sa kontaktnom oprugom u pr-vobitni položaj. Relea druge generacije, pored već navedenih delova relea prve generacije, imaju još neke, dodatne funkcionalne delove. Umetanjem stalnih magneta (jednog ili više) u magnetno kolo relea, podešava se smer sile koja deluje ne kontakte u zavisnosti od smera struje koja protiče kroz kalem. Na taj način dobija se tzv. polarizovano rele. Naime, do-vođenjem pobudnog signala na namotaje kalema, javlja se magnetno polje i njegov fluks kroz magnetno kolo relea. Dolazi do superponiranja magnetne indukcije stalnog magneta i magnetne indukcije u namotaju kalema, tj. u slučaju da se njihovi smerovi poklapaju

Relea

106

sabiraju se, a u suprotnom se međusobno oduzimaju. Smer fluksa magnetne indukcije se menja u zavisnosti od smera struje u namotaju kalema. Relea treće generacije predstavljaju uspešnu kombinaciju relea druge generacije i dostignuća moderne elektronike, što je dovelo do smanjenja potrošnje energije, utroše-nog materjala za izradu, veličine, a samim tim je i cena relea drastično smanjena. Kao primer mogu se pomenuti tzv. IC relea. Po veličini IC relea nisu veća od standardnih IC kola, a mogu se, u elektronskim konstrukcijama, kombinovati sa TTL, CMOS, PROM, ili mikroprocesorskom modulima. Elektromagnetna relea mogu biti neutralna, kada prelaz u radni položaj ne zavisi od smera pobudne struje (tj. polarizacije ulaznog napona), već samo od veličine ulaznog signala i kao što je već pomenuto – polarizovana, kada smer kretanja kotve zavisi od smera pobudne struje.

Relea kod kojih se nakon isključenja pobudne struje kotva vraća u početni položaj su monostabilna relea, za razliku od bistabilnih relea, gde nakon isključenja struje aktiviranja, kotva ostaje u onom položaju u kome je i bila. U kategoriju monostabilnih re-lea mogu se uvrstiti elektromagnetna relea za jednosmernu struju (bilo neutralna, bilo polarizovana) i relea za naizmeničnu struju, a bistabilna relea su, na primer, remanentna relea i polarizovana relea. Posebnu grupu čine RID relea, koja se sastoje iz gasno zaštićene, hermetički zatvorene staklene tube u koju su uliveni feromagnetni jezičci sa kontaktima. Pod dejstvom magnetne sile ovi kontakti se spajaju i zatvara se kontaktno kolo. Zbog velike raznolikosti u načinu konstruisanja relea, moguće je svaku od na-vedenih podela dalje proširiti ili podeliti na još više podnivoa. Na sl. 6.1. prikazani su različiti oblici i vrste relea. Iako princip rada i konstrukcija relea može da bude vrlo različita u zavisnosti od tipa i namene, postoje određeni parametri koji su zajednički za sve, kao na primer:

a) Snaga aktiviranja (osetljivost relea) - Pa Snaga aktiviranja je minimalna snaga koju treba dovesti na ulaz relea da bi se ono

aktiviralo. Ova snaga je kod malih relea reda mW, najviše 1W, a kod snažnih relea prelazi 10W.

b) Nominalna snaga - Pn Nominalna snaga je snaga, koju treba dovesti na ulaz relea, da bi se obezbedilo pouzdano aktiviranje i držanje relea u radnom stanju. Logično je da ova snaga bude veća od snage aktiviranja. Ova snage je vezana za ulazno kolo relea.

c) Snaga upravljanja - Pu Snaga upravljanja je snaga kojom rele upravlja u procesu uključivanja ili

isključivanja. Ova snaga je vezana za izlazno (kontaktno) kolo relea. d) Vreme aktiviranja - Ta Vreme aktiviranja je vreme, proteklo od trenutka delovanja ulaznog signala do

trenutka spajanja kontakta i zatvaranja izlaznog kola. e) Vreme otpuštanja - Tot Vreme otpuštanja predstavlja vreme koje protekne od trenutka prestanka delo-

vanja pobude do trenutka otpuštanja kontakata i otvaranja izlaznog kola. Karakteristične veličine koje su izvedene iz prethodnih, su na primer: koeficijent

upravljanja i koeficijent otpuštanja.

Relea

107

Koeficijent upravljanja – Ku predstavlja odnos snage upravljanja i nominalne snage tj .

n

uu P

PK = (6.1)

Koeficijent otpuštanja – Kot predstavlja, sa druge strane, odnos snage signala pri kome dolazi do otpuštanja relea i snage aktiviranja, i obično je ova vrednost manja od jedinice. To praktično znači, da će kontakti relea ostati spojeni čak i kad snaga ulaznog signala opadne ispod snage aktiviranja – Pa.

U daljem izlaganju, date su detaljnije analizame pojedinih vrsta relea.

108

LLIITTEERRAATTUURRAA

[1] D. Tjapkin, S. Širbegović, S. Ristić, R. Ramović, "Komponente i konstruisanje elektronskih uređaja", Nauka, Beograd, 1992.

[2] S. Šibegović, "Konstruisanje elektronskih uređaja", Elektrotehnički fakultet,

BanjaLuka, 1990. [3] R. Ramović, "Komponente telekomunikacionh uređaja", Kompjuter - grafik, 2000. [4] D.I. Raković, S. Krstić, Lj. Turković, "Savremeni materijali i tehnologije", Gros

knjiga, Beograd, 1997. [5] V.B. Litovski, S.M. Lazović, "Osnovi elektronike", Niš, 1996. [6] N. Parčina, " Osnovi elektronskih sistema ", Vojnotehnički i novinski centar,

Beograd, 1990. [7] H.T. Jones, " Electronic Components Handbook", Reston Publ. Company, Virginia,

1978. [8] R. Paul, "Halbleiter - Sonder - Bauelemente", VEB Verlag Technik, Berlin, 1981. [9] M. Zambuto, "Semniconductor Devices", McGraw-Hill Book Company, New York,

1988. [10] A. Marinčić, "Osnovi optoelektronskih telekomunikacija", Građevinska knjiga,

Beograd, 1986. [11] D.B. Živković, M.V. Popović, "Impulsna i digitalna elektronika", Nauka,

Beograd, 1997. [12] J.M. Rabaey, "Digital Integrated Circuits", Prentice Hall, New York, 1996. [13] F.N. Sinnadurai, "Handbook of Microelectronics Packaging and Interconnection

Technologies", Electrochemical Publications limited, Ayr, Scotland, 1985. [14] N. Vujanović, " Teorija pouzdanosti tehničkih sistema ", Vojnotehnički i novinski

centar, Beograd, 1990.

Literatura

109

[15] M, Sladojević, Z. Uljarević, "Elementi ugradnje pouzdanosti u elektronske uređaje", Elektronska industrija, Niš, 1987.

[16] R. Ramović, “Pouzdanost sistema: telekomunikacionih, elektronskih,

informacionih”, http://nobeldev.etf.bg.ac.yu

Documents

Rifat Ramovic - Praktikum Iz Konstruisanja Elektronskih Uredjaja