Fakulta biomedicınskeho inzenyrstvı – Teoreticka

elektrotechnika

Prof. Ing. Jan Uhlır, CSc.

Leto 2019

11. Spınace – obvody se spınaci

1

Model spınace

SP

r on

gof fiof f

u on

u 1u 1 u 2u 2

on/off

2

Parametry spınace

• Odpor v sepnutem stavu ron

• Rusive napetı vznikle na sepnutem spınaci uon

• Vodivost (svod) v rozpojenem stavu goff

• Rusivy proud vytvoreny rozpojenym spınacem ioff

• Izolace vuci okolı (dalsım spınacum)

• Zpusob ovladanı– mechanicke– elektromagneticke– elektricke

• Vliv rıdicıho obvodu na spınany obvod

• Rychlost sepnutı a rozpojenı.3

Mechanicky spınac

• Odpor v sepnutem stavu ron muze byt v radu tisıcin ohmu – zalezı na ma-terialu kontaktu a na stavu jejich povrchu.

• Rusive napetı na sepnutem spınaci uon vznika prevazne termoelektrickymjevem, pokud spoje mezi ruznymi materialy nemajı shodnou teplotu

• Vodivost v rozpojenem stavu goff zavisı na konstrukci a kvalite povrchumaterialu, na kterem jsou kontakty namontovany. Muze dosahovat zlomkumikrosiemens

• Rusivy proud vytvoreny rozpojenym spınacem ioff ≈ 0

• Izolace vuci okolı (dalsım spınacum) zavisı na konstrukci a pouzitych ma-terialech. Vetsinou je pusobenı okolnıch ektrickych obvodu zanedbatelne

• Rychlost sepnutı a rozpojenı zavisı na setrvacnych hmotach kontaktu a me-chanicke konstrukci. Byva v radu milisekund az sekund.

4

Spınace

pruzny kontakt

membrana

5

Klavesnice pocıtace

6

Elektromagneticke rele

Rychlost spınanı a vypınanı je urcovana dvema zpozd’ujıcımi ciniteli –prechodnym dejem ve vinutı cıvky a setrvacnymi hmotami kotvy a peroveho

svazku.

7

Jazyckove rele

Rychla jazyckova rele dosahujı spınacı a vypınacı doby v radu desetin azjednotek milisekund.

Samotny jazyckovy kontakt lze take spınat permanentnım magnetem. Muze pakslouzit jako indikator polohy (koncovy spınac) a indikator pohybu.

8

FET jako spınac

S

G

D

B

uGD

uGS

uDB

uSB

uDS

uGB

ron

9

• ron muze byt v radu desetin i setin ohmu – pouzıvajı se i spınace s odporemv sepnutem stavu v radu desıtek ohmu

• rusive napetı vznikle na sepnutem spınaci uon je v ustalenem stavu nulove– rusit muze kapacitnı vazba mezi rıdicı elektrodou a kanalem

• roff = 1/goff radu stovek megaohmu

• ioff = 0 – kapacitnı vliv podobne jako u uon

• Izolace vuci okolı (dalsım spınacum) – bezpecne uzavrene diody S-B a D-B

• rızenı napetım elektrody G vuci substratu B – k ovladanı nenı potreba proud

• rychlost sepnutı a rozpojenı – vyznamnou roli hraje prechodny dej, pri kteremse nabıjı a vybıjı kapacita rıdicı elektrody.

Napr. spınacı MOSFET IRF450 spına proud max. 12 A (odpor sepnuteho spınaceje 0,4 Ω). Na rozpojenem spınaci muze byt az 500 V, vstupnı kapacita je 2,7 nF acas sepnutı a vypnutı cca 200 ns. V logickych clenech CMOS je odpor sepnutehospınace v radu desıtek ohmu a casy sepnutı v jednotkach az desetinach nano-sekundy.

10

Spınanı MOS FETem

TRF510

10V

V

V

R1

100 .. 10

R2

100n 100n 200n 300n 400n 500n

0

3

6

9

12

15

T (Secs)

0n 100n 200n 300n 400n 500n

-2

0

2

4

6

8

T (Secs)

R1=10...100

11

Vyuzitı elektronickych spınacu

• Menice napetı – nabojove pumpy a induktorove menice DC/DC

• Spınane zdroje – nabıjecky akumulatoru, napajenı pocıtacu a laboratornıchprıstroju

• Integrovane logicke cleny pro rıdicı a vypocetnı techniku

• Integrovane obvody se spınanymi kapacitory a spınanymi proudy

12

Menice napetı s nabojovou pumpou

o

o

≈ 2U

U

U

U

Cd

Cd

Cd

Cs

Cs

Cs

≈ −U

Q1 = CdU

u2[n + 1] = u2[n] +Cd

Cd + Cs(U − u2[n])

13

Spınany zdroj napetı - principialnı zapojenı

PWM

sıt

110 az 230V

filtr usmernovacusmernovac strıdac

regulator napetı

u2

14

CMOS – struktura invertoru logickych stavu

0 1 1 0

+5V

P

N

+5V

p

15

Obvody s prepınanymi kapacitory

Rekv

UaUainin

C

Qn = CUa

CUa = inT

Ua/in = T/C

Rekv =1

fC.

16

Integracnı obvod se spınanym kondenzatorem v harmonickem ustalenem stavu

ωsw

ωsigωsig

u1u1 u2u2

u1

Rekv

C C

Ci

u1 = U1 sin(ωsig t) ωsig ωsw

t

u

17