03 (PRX) - R L C - outech-havirov.cz · Termistor Fotorezistor Varistor Tenzometr. REZISTORY 12...

PRAKTICKÉ ČINNOSTI

Rezistory, kondenzátory, cívky

Ing. Pavel Chmiel, Ph.D.

Střední škola, Havířov-Šumbark, Sýkorova 1/613,příspěvková organizace

OBSAH VÝUKOVÉHO MODULU

1. Rezistory

- využití, druhy a konstrukce, schématické značky

- katalogové údaje

2. Kondenzátory


- katalogové údaje

3. Cívky


- katalogové údaje2

REZISTORY

3

Funkce součástky:

1. snížení el. proudu tekoucího obvodem (resp. obvodovou větví),

2. snížení elektrického napětí (předřadný rezistor, dělič napětí),

3. přeměna elektrické energie na tepelnou (topné rezistory).

REZISTORY

4

Příklad použití rezistorů:

Děliče proudu – snížení (resp. regulace) el. proudu:

Zapojení reostatu� = �� + ��

REZISTORY

5


Děliče napětí – snížení (resp. regulace) vstupního el. napětí:

Zapojení potenciometru

REZISTORY

6


� =�� − ��

��

R

Uzdroj

Využití: předřadný rezistor pro nastavení ULED a ILED

REZISTORY

7


Topné rezistory – přeměna energie el. proudu na teplo:

REZISTORY

8

Schématické značky rezistorů:

Neproměnný rezistor- obecná značka (IEC)

Neproměnný rezistor- obecná značka (ANSI)

Proměnný rezistor (IEC)- potenciometr, reostat

Proměnný rezistor (ANSI)- potenciometr, reostat

Nastavitelný rezistor (Trimr) Topný rezistor

Nelineární proměnný rezistor- např. termistor, varistor

Fotorezistor

REZISTORY

9

Rozdělení rezistorů:

1. Neproměnné (pevné) rezistory:

Mají od výroby pevně danou jmenovitou hodnotu elektrického

odporu, kterou nelze změnit. Obvykle se jedná o dvojpólovou

součástku (jednobran).

REZISTORY

10


2. Proměnné (nastavitelné) rezistory:

Jejich hodnotu lze plynule měnit až do max. jmenovité hodnoty

el. odporu uvedenou na pouzdře rezistoru. Třípólová součástka.

Proměnný rezistor(Potenciometr)

Proměnný rezistors pohyblivým jezdcem

Nastavitelný rezistor(Trimr)

REZISTORY

11


3. Nelineární rezistory:

Jejich hodnota el. odporu se nelineárně mění v závislosti na

teplotě, světle, napětí, tlaku a mag. poli. Dvojpólové součástky.

Termistor Fotorezistor Varistor Tenzometr

REZISTORY

12

Základní katalogové parametry rezistorů

1. Jmenovitá hodnota elektrického odporu (Ω)

2. Tolerance (± číslo %)

- dovolená odchylka od jmenovité hodnoty odporu.

3. Jmenovité zatížení neboli ztrátový výkon (W)

- trvalé výkonové zatížení rezistoru při kterém ještě nedojde

k jeho přehřátí a zničení.

4. Jmenovité napětí (V)

- trvalé max. napětí mezi vývody při jmenovité okolní teplotě

REZISTORY

13


5. Jmenovitá teplota v okolí (°C)

- nejvyšší trvalá teplota okolo rezistoru, při které může rezistor

bez poškození pracovat i při jmenovitém výkonu.

6. Teplotní koeficient (součinitel) odporu (ppm/°C nebo ppm/K)

(ppm = part per milion, tzn. 1ppm = 10-6)

- vyjadřuje změnu hodnoty odporu při změně teploty o 1°C (1K)

7. Rozsah pracovních teplot (rozmezí hodnot ve °C)

- rozsah teplot, ve kterém výrobce garantuje parametry.

REZISTORY

14


8. Trvanlivost (± hodnota odporu Ω nebo číslo %)

- vyjadřuje změnu el. odporu při určité teplotě a způsobu

zatížení za 1000 hodin provozu.

9. Rozměrové parametry pouzdra a vývodů

REZISTORY

15

Konstrukce neproměnných rezistorů

Drátové rezistory

� Zhotovují se obvykle vinutím odporového drátu (konstantan,

manganin, chromnikl) na nosné keramické tělísko.

� Vývody jsou přivařeny ke koncům odporového drátu, případně

jsou tvořeny páskovými objímkami.

REZISTORY

16


Drátové rezistory

� Jsou určeny pro větší výkonové zatížení, pro výkony na 30 W

se jako pouzdra používají hliníkové profily pro lepší odvod tepla

s možností montáže na chladič (max. teplota až do 350 °C).

� Nevhodné pro obvody střídavého proudu s vyšší frekvencí

(projeví se nežádoucí indukčnost a mezizávitová kapacita).

Náhradní schéma drátového rezistoru

REZISTORY

17


Vrstvové rezistory uhlíkové

� Konstrukce je tvořena keramickým nosným tělesem (izolant),

na kterém je napařena nebo máčením nanesena vrstva

krystalického uhlíku.

� Hodnota odporu se při výrobě nastavuje frézováním nebo

laserovým vypalováním drážky do vrstvy uhlíku na povrchu.

� Celé těleso je opatřeno vrstvou ochranného laku.

REZISTORY

18


Vrstvové rezistory uhlíkové

� Snadná výroba, levné, vhodné pro vysokofrekvenční (vf) obvody.

� Malá stabilita elektrického odporu, vyšší teplotní koeficient.

� Nízký dovolený ztrátový výkon (resp. jmenovité zatížení).

REZISTORY

19


Vrstvové rezistory metal oxidové (vrstva oxidu kovu)

� Konstrukce je stejná jako u rezistorů uhlíkových, s tím rozdílem,

že místo vrstvy uhlíku je napařena na keramickém tělese vrstva

oxidu kovu nejčastěji SnO, SbO a nitridu tantalu.

REZISTORY

20


Vrstvové rezistory metal oxidové (vrstva oxidu kovu)

� Cenově téměř srovnatelné s uhlíkovými rezistory.

� Výrazně vyšší stabilita elektrického odporu než uhlíkové.

� Možnost vyššího výkonového zatížení oproti uhlíkovým.

� Snesou vyšší povrchovou teplotu (až kolem 250 °C).

� Postupně vytlačují uhlíkové rezistory.

REZISTORY

21


Vrstvové rezistory metalizované

� Kovová vrstva (typicky slitiny Ni-Cr a Si-Fe-Cr) se vakuově napaří

na keramické tělísko a opatří ochranným lakem.

� Nízký teplotní koeficient, dlouhá životnost a stálost parametrů,

bezindukční (velmi vhodné pro vf obvody).

� Vyšší výkonová zatížitelnost než u uhlíkových rezistorů.

� Vhodné např. pro bočníky/předřadníky měřících přístrojů.

REZISTORY

22

Konstrukce proměnných rezistorů

� Jsou tvořeny odporovou dráhou a jezdcem. Pohyb jezdce:

- rotační (otočné typy),

- posuvný (posuvné typy).

Otočný typ Posuvné typy

� Vyrábějí se jako vrstvové, drátové nebo z vodivých plastů.

REZISTORY

23


� U vrstvových potenciometru je na podkladovém materiálu

(tvrzený papír, keramika) nanesena vodivá vrstva z polovodivého

laku nebo cementu).

� Požadovaného průběhu odporové dráhy se dosahuje vhodným

tvarem odporové vrstvy:

N (resp. A) el. odpor se mění lineárně

G (resp. B) el. odpor se mění logaritmicky

E (resp. C) el. odpor se mění exponenciálně

REZISTORY

24


� Konstrukčně jsou provedeny jako:

- jednoduché (s jedním systémem),

- tandemové (2 systémy souběžně ovládanými 1 osou)

- dvojité (2 samostatné systémy)

REZISTORY

25

Konstrukce nastavitelných rezistorů (trimry)

� Odporové trimry mají odporovou dráhu stejného složení jako

vrstvové proměnné rezistory.

� Nejsou určeny k mnohonásobnému přestavování polohy běžce

(změna polohy jezdce obvykle pomocí nástroje - šroubováku).

Víceotáčkový cementovýKeramický

REZISTORY

26

Nelineární odpory

Termistor (NTC termistor)

� Polovodičová součástka, jejíž odpor s teplotou klesá.

� S rostoucí teplotou se v polovodiči uvolňuje stále více volných

nosičů, proud roste a odpor termistoru se snižuje o několik řádů.

� NTC = Negative Temperature Coefficient

� Rychlé a přesné snímání teploty.

REZISTORY

27

Nelineární odpory

Pozistor (PTC termistor)

� Polovodičová součástka, jejíž odpor s teplotou roste.

� Se zvyšující se teplotou se v polovodiči uvolňuje stále více

volných nosičů a hodnota odporu jen mírně klesá až do

okamžiku, kdy je volných nosičů tolik, že do sebe začnou

chaoticky narážet a navzájem si překážet, takže proud prudce

klesne a hodnota odporu se o několik řádů zvýší.

� PTC = Positive Temperature Coefficient

� Používá se jako teplotní ochrana (po překročení ϑ naroste R).

REZISTORY

28

Nelineární odpory

Závislost elektrického odporu na teplotě (NTC a PTC termistor)

REZISTORY

29

Nelineární odpory

Fotorezistor

� Polovodičová součástka, jejíž odpor s intenzitou dopadajícího

světla řádově klesá z MΩ na stovky Ω.

� Z polovodičového materiálu je na keramické destičce vytvořena

meandrová cestička, na kterou dopadá světlo. Energie světla

uvolňuje elektrony z vazeb, proud roste a hodnota odporu klesá.

REZISTORY

30

Nelineární odpory

Závislost elektrického odporu na osvětlení

REZISTORY

31

Nelineární odpory

Magnetorezistor

� V magnetickém poli dochází k ovlivňování toku nosičů náboje a

prodlužování jejich dráhy, což se projeví zvětšením odporu

magnetorezistoru.

REZISTORY

32

Nelineární odpory

Varistor (Variable resistor)

� Elektrický odpor varistoru klesá s rostoucím napětím.

� Při zvětšování napětí mezi vývody varistoru dochází nejprve k

pomalému nárůstu proudu (velký R, téměř konst.). Po dosažení

napětí Un prudce poklesne vnitřní odpor. Napětí na varistoru se

dále zvětšuje málo, dochází však k velkému nárůstu proudu.

� Používá se ke stabilizaci a omezení napětí.

REZISTORY

33

Nelineární odpory

VA charakteristika varistoru

KONDENZÁTORY

34

Funkce součástky:

1. Kondenzátor je elektrotechnická součástka, která má schopnost

dočasně akumulovat elektrický náboj.

2. Umožňuje regulovat procházející proud v závislosti na frekvenci

vstupního napětí. Snižuje svou reaktanci XC (zdánlivý odpor) při

zvyšování frekvence el. napětí (resp. el. proudu).

KONDENZÁTORY

35

Využití kondenzátorů:

� Filtrační, ladící, oddělovací, blokovací kondenzátor

� Dočasný akumulátor elektrického náboje

� „Časovací“ kondenzátor

� Kompenzace jalového výkonu (PFC obvody)

KONDENZÁTORY

36

Schématické značky:

Neproměnný, nepolarizovaný kondenzátor, obecná značka

Neproměnný, polarizovaný kondenzátor, elektrolytický kondenzátor

Proměnný (ladící) kondenzátor

Nastavitelný kondenzátor, kapacitní trimr

KONDENZÁTORY

37


KONDENZÁTORY

38

Základní konstrukce kondenzátoru:

Kondenzátor tvoří dvě elektrody mezi nimiž je izolační vrstva zvaná

dielektrikum. Prakticky musí být plocha elektrod co největší, avšak

rozměry kondenzátoru zůstat co nejmenší.

KONDENZÁTORY

39

Nabíjení kondenzátoru:Doba, za kterou se kondenzátor nabije

přibližně na 63% své kapacity:

� = � · �

Doba nabití na 100% kapacity:

� ≈ 5 · � · �

KONDENZÁTORY

40

Nabíjení kondenzátoru:

� Po připojení k ss zdroji napětí prochází proud vlivem rozdílu

potenciálů mezi elektrodami kondenzátoru a póly zdroje.

� Z elektrody připojené na (+) pól zdroje jsou elektrody odváděny,

nabíjí se tedy kladně.

� Na elektrodu připojenou k (-) pólu zdroje jsou elektrony

dodávány, nabíjí se záporně. Mezi elektrodami narůstá napětí Uc.

� Proud teče do vyrovnání potenciálů: poté Uc = U, Ic = 0.

KONDENZÁTORY

41

Nabíjení kondenzátoru:

V okamžiku připojení ke zdroji teče

maximální IC, napětí UC je nulové.

Za čtvrt periody je mezi elektrodami

UC maximální (napětí zdroje), IC již neteče.

U kondenzátoru tedy el. proud předbíhá

napětí o čtvrt periody, dochází k fázovému

posunu o 90° (π/2).

� Po připojení k střídavému zdroji napětí prochází el. proud

obvodem neustále, kondenzátor se střídavě nabíjí a vybíjí.

KONDENZÁTORY

42

Reaktance kondenzátoru (kapacitance):

� Zdánlivý odpor kondenzátoru, který klade střídavému proudu.

� Značí se XC, jednotkou je ohm (Ω):

�� =1

2 · � · � · �

� Čím větší je frekvence střídavého napětí, na které je kondenzátor

připojen, tím menší je reaktance XC a tím větší teče el. proud

obvodem. Celkový odpor kondenzátoru závisí na frekvenci.

KONDENZÁTORY

43

Základní katalogové parametry kondenzátorů

1. Jmenovitá hodnota kapacity C (F, Farad)

- množství uchovávaného náboje

- 1 Farad je velká hodnota, v praxi požíváme řádově: µF, nF, pF

- Kapacita závisí na konstrukci kondenzátoru:

� = �� · �� ·�

C – kapacita kondenzátoru (F)

S – účinná plocha desek (m2)

d – vzdálenost elektrod, tloušťka dielektrika (m)

ε0 – permitivita vakua = 8,85 × 10-12 F/m

εr – relativní permitivita (-) udává, kolikrát více materiál dielektrika

zeslabuje el. pole oproti vakuu (resp. kolikrát se zvětší kapacita).

KONDENZÁTORY

44


2. Maximální provozní napětí (V)

- maximální, trvale připojené, stejnosměrné napětí elektrod.


- dovolená odchylka od jmenovité hodnoty kapacity.

4. Izolační odpor dielektrika (MΩ), zbytkový proud (μA)

5. Rozsah pracovních teplot (rozmezí hodnot ve °C)

- rozsah teplot, ve kterém výrobce garantuje parametry.

6. Rozměrové parametry pouzdra a vývodů (mm)

KONDENZÁTORY

45


7. Ztrátový činitel tg δ (-)

- Ztrátový úhel δ je úhel, o který se liší fázový posun mezi

průběhem okamžité hodnoty napětí a proudu reálného

kondenzátoru od fázového posunu na ideálním kondenzátoru,

který je π/2 (el. proud předbíhá napětí o čtvrt periody: ϕ = 90°)

Zjednodušené náhradní schéma reálného kondenzátoru

Představuje konečný el. odpor dielektrika

KONDENZÁTORY

46


7. Ztrátový činitel tg δ (-)

- ideální kondenzátor má dielektrikum s nekonečným R.

- uvádí se vždy pro určité kmitočty (např. 50 Hz a 100 Hz)

Fázorový diagram náhradního schématu reálné součástky:

!"# = �$

��

Pro ideální kondenzátor platí že IR=0 (R → ∞),

ztrátový úhel tg δ je tedy roven nule.

Čím bude číslo menší, tím kvalitnější součástka.

KONDENZÁTORY

47

Druhy kondenzátorů:

Svitkové kondenzátory

� Dielektrikum tvoří kondenzátorový papír nebo speciální

plast (polyetylén, polypropylén, polykarbonát)

� Elektrody jsou tvořeny hliníkovou folií

s vývody. Dielektrikum včetně elektrod je svinuto do válce.

KONDENZÁTORY

48

Metalizované kondenzátory

� Hliníková fólie může být nahrazena kovovou vrstvou napařenou

na dielektrikum.

�Odolné proti průrazu napěťovými špičkami.

�Dochází k obnovení funkčnosti po průrazu vypálením

poškozeného místa na fólii.

KONDENZÁTORY

49

Fóliové kondenzátory

� V jednom pouzdře je několik paralelně

spojených kovových elektrod oddělených

dielektrikem z plastu.

� Kapacity foliových kondenzátorů se pohybují řádově v rozmezí

nF až µF.

� Jmenovité napětí foliových kondenzátorů se pohybují v rozmezí

desítek až stovek voltů.

KONDENZÁTORY

50

Keramické kondenzátory

� Dielektrikum tvoří speciální keramika s velkou permitivitou a

malým ztrátovým činitelem.

� Vyznačují se malými rozměry (vývodové i SMD) a malou

kapacitou (řádově pF, nF).

KONDENZÁTORY

51

Elektrolytické kondenzátory (hliníkové, tantalové)

� Jsou polarizované (kladná a záporná elektroda), přepólování

znamená zničení kondenzátoru.

� Velká kapacita (řádově µF, mF).

� Maximální provozní napětí je nízké (jednotky až desítky voltů).

� Konstrukce kondenzátoru:

KONDENZÁTORY

52

Elektrolytické kondenzátory (hliníkové, tantalové)

� Kladná elektroda je tvořena kovovou fólií (hliník, tantal), jejíž

povrch je naleptán, čímž se nepravidelným zhrbolatěním zvětší

její plocha.

� Povrch kladné elektrody je pokryt velmi tenkou vrstvou oxidu

(<1µm), který tvoří dielektrikum.

� Zápornou elektrodu tvoří elektrolyt (pasta, kapalný, pevný),

který vyplní nepravidelné hrbolky na povrchu kladné elektrody.

� Připojení k "záporné elektrodě" obstará další kovová fólie.

CÍVKY

53

Funkce součástky:

1. Zdroj el. napětí: je-li cívka vystavena proměnnému

magnetickému poli (průchodem střídavého proudu závity cívky,

pohybem cívky v mag. poli), indukuje se v jejich závitech

elektrické napětí.

2. Elektromagnet: prochází-li závity cívky el. proud, vytváří se

uvnitř i vně cívky magnetické pole.

3. Proměnný odpor: Změnou frekvence připojeného střídavého

napětí se mění zdánlivý odpor cívky (regulace proudu).

CÍVKY

54


Cívka se vzduchovým jádrem, obecná značka

Cívka s feromagnetickým (železným) jádrem

Cívka s feritovým jádrem

CÍVKYY

55

Základní konstrukce cívky:

� Základem cívky je vinutí, které tvoří vodič (typicky měděný)

navinutý na nosné kostře z nevodivého materiálu.

� Je-li vodič většího průřezu, nemusí cívka kostru obsahovat

(samonosné vinutí).

� Uvnitř cívky se nachází jádro (vzduch, feromagnetický materiál),

které zesiluje účinky magnetického pole cívky (resp. zvětšuje

indukované napětí).

CÍVKY

56

Obecný princip cívky:

� Prochází-li vodičem el. proud, vytváří se kolem něj magnetické

pole, jehož indukční čáry mají tvar kružnic.

� Cívka je záměrně tvořena závity okolo jádra, aby se silové účinky

magnetického pole sčítaly uvnitř jádra cívky.

CÍVKYY

57

Druhy cívek:

1. Válcová cívka (solenoid)

� Cívka má vinutí umístěné na podélném jádře (kostře), které má

typicky průřez tvaru čtverce, obdélníku nebo kružnice.

CÍVKYY

58

Druhy cívek:

2. prstencová cívka (toroid)

� Cívka má vinutí umístěné na kruhovém jádře, které zároveň tvoří

kostru cívky. Indukční čáry jsou soustředěny převážně v jádře.

CÍVKY

59

Základní katalogové parametry cívek

1. Vlastní indukčnost cívky L (H, Henry)

- vyjadřuje schopnost cívky indukovat ve svých závitech napětí,

resp. vytvářet mag. pole průchodem el. proudu závity cívky.

- Vlastní indukčnost závisí na konstrukci cívky:

% = &� · &� · '� ·

�

L – vlastní indukčnost cívky (H)

N – počet závitů

S – průřez jádra (m2)

d – délka jádra (m)

μ0 – permeabilita vakua = 1,257 × 10-6 H/m

μr – relativní permeabilita (-) materiálová konstanta, udává, kolikrát se zesílí

magnetické pole (zvětší indukované napětí) oproti vakuovému jádru.

CÍVKY

60

Základní katalogové parametry cívek

2. Maximální, trvale procházející proud (A)


- dovolená odchylka od jmenovité hodnoty indukčnosti.

4. Skutečný odpor vinutí R (Ω)

5. Počet závitů cívky

6. Materiál (permeabilita) jádra, materiál vodiče vinutí

7. Činitel jakosti Q = XL / R

8. Rozměrové parametry cívky (m)

CÍVKY

61

Náhradní schéma cívky:

� Zjednodušené náhradní schéma uvažuje pouze ideální indukčnost LS a

skutečný odpor vinutí RS. Vhodné pouze pro obvody s nízkým

kmitočtem.

� Pro vysokofrekvenční obvody se navíc uvažuje mezizávitová kapacita.

CÍVKY

62

Indukce elektrického napětí

1. Pohybem cívky v magnetickém poli

� Je-li cívka vystavena časově proměnnému mag. poli, působí toto

pole na volné elektrony ve vodiči a uvede je do pohybu.

� V každém závitu cívky vzniká rozdíl potenciálů, tzv. indukované

napětí.

� Velikost napětí závisí na počtu závitů a časové změně mag. toku.

() = −' ·∆+

,-

CÍVKY

63

Indukce elektrického napětí

1. Průchodem časově proměnného (střídavého) proudu

� Prochází-li závity cívky časově proměnný proud, vytvoří se časově

proměnné magnetické pole.

� V každém závitu cívky dojde k indukci napětí, které působí proti

svorkovému napětí zdroje!

() = −% ·∆.

,-

CÍVKY

64

Reaktance (zdánlivý odpor) cívky

� Jelikož indukované napětí působí proti napětí zdroje, dojde k

celkovému snížení proudu, tekoucího obvodem.

� Čím větší bude indukované napětí, tím menší poteče proud

obvodem. Civka se chová jako proměnný odpor – reaktance XL

() = −% ·∆.

,-�� = 2 · � · � · %

CÍVKY

65

Cívka v obvodu stejnosměrného proudu

V okamžiku připojení cívky ke zdroji

dojde k velké časové změně proudu,

indukuje se napětí, které v okamžiku

připojení potlačí proud v obvodu

(opačný směr vůči napětí zdroje).

Po ustálení (nulová časová změna

proudu) se napětí neindukuje a

neklade tedy odpor proudu

(pouze odpor vinutí cívky R).

CÍVKY

66

Cívka v obvodu střídavého proudu

• U cívky se el. proud zpožďuje za napětím o čtvrt periody, dochází k fázovému

posunu o 90° (π/2).

Děkuji za pozornost…

KONEC PREZENTACE

[email protected]

Date post:	28-Jun-2018
Category:	Documents
Upload:	vanngoc
View:	217 times
Download:	0 times

03 (PRX) - R L C - outech-havirov.cz · Termistor Fotorezistor Varistor Tenzometr. REZISTORY 12...

Documents