ELEKTROTEHNIČKI MATERIJALI I KOMPONENTE

Transcript

1 VERA V. PETROVIĆ ELEKTROTEHNIČKI MATERIJALI I KOMPONENTE PRIRUČNIK VISOKA ŠKOLA ELEKTROTEHNIKE I RAČUNARSTVA STRUKOVNIH STUDIJA, BEOGRAD 2011.

2 Autor: dr Vera V. Petrović Recezenti: dr Slavica Marinković, profesor VŠER Beograd mr Borislav Hadžibabić, predavač VŠER Beograd Izdavač: Visoka škola elektrotehnike i računarstva strukovnih studija, Beograd Obrada teksta: Korice: dr Vera V. Petrović Gabrijela Dimić Tiraž: 220 Štampa: MST Gajić, Beograd Drugo izmenjeno izdanje ISBN

3 PREDGOVOR Predmet izučava se u Visokoj školi elektrotehnike i računarstva strukovnih studija na prvoj godini studija na studijskim programima Automatika i sistemi upravljanja vozilima, Nove energetske tehnologije i Elektronika i telekomunikacije. Ovaj priručnik za laboratorijske vežbe je usklađen sa programom predmeta za koji je namenjen. Materija obrađena u ovom priručniku je podeljena u 10 lekcija. Svaka lekcija predstavlja programsku celinu koja se obrađuje kroz izradu praktičnog zadatka ili, za uvodne vežbe, za ovladavanje odgovarajućim softverskim alatima. Priručnik je tako osmišljen da studenti ovladaju korišćenjem savremenih softverskih alata i mernih instrumenata za analizu rada elektronskih komponenti. Vežbe su kombinacija primene softverskih alata za analizu rada elektronskih komponenata i konkretnih merenja koja potvrđuju teorijske pretpostavke i softverske analize. Priručnik sistematski i postupno uvodi studente u teoriju i praktična znanja u primeni elektronskih komponenti u kompleksnim elektronskim uređajima. Ovaj priručnik će olakšati studentima savlađivanje kako osnovnih tako i viših nivoa znanja koja su predviđena programom škole, a korisna su za studente koji će u praksi biti uključeni u razvoj konkretnih elektronskih uređaja, posebno u oblasti industrijske elektronike. U Beogradu, oktobar dr Vera V. Petrović

4

5 SADRŽAJ: Vežba 1. Moodle 1 Vežba 2. Uvod u laboratoriju..21 Vežba 3. Otpornici..29 Vežba 4. Proširenje mernog opsega 43 Vežba 5. Kondenzatori 49 Vežba 6. Diode 55 Vežba 7. LED diode i optički kablovi.67 Vežba 8. Tranzistori Vežba 9. Tranzistori Vežba 10. NE

6

7 VEŽBA 1. MOODLE Vežba 1. Student (ime prezime, indeks): Datum: Pregledao: Ocena: 1

8 WEB PRETRAŽIVAČ Web pretraživač (Web browser) je softverska aplikacija koja vam omogućuje da pronađete i prikažete Web strane koji se nalaze na Web serverima. Na Internetu možete da tražite tekst, slike, video, muziku itd. pomoću Web pretraživača. Web pretraživač vam obezbeđuje brz i jednostavan pristup informacijama na mnogim Web stranama, na raznim Web lokacijama. Web pretraživač prevodi tekst za označavanje hiperteksta (html), jezik World Wide Web-a, i prikazuje ga. Za razliku od drugih protokola, html podržava tekst, grafiku, audio, video i multimedijalne formate. Web pretraživači postaju sve moćniji i opštiji tako da često služe kao portal kroz koji se dolazi do drugih protokola na Internetu kao što su , FTP i Usenet news groups. Svaka Web stranica se sastoji od teksta, grafičkih elemenata i veza prema drugim stranicama poznatijim pod nazivom linkovi. Linkovi mogu biti u formi teksta ili slike. Ako mišem pređete preko linka, kursor u obliku strelice će se pretvoriti u ruku sa ispruženim kažiprstom. Klikom na link prikazuje se odgovarajuća Web stranica ili sajt. Najpoznatiji Web pretraživači su Internet Explorer i Mozilla Firefox. Za program moodle preporučljivo je koristiti Internet Explorer ili Mozilla Firefox pošto se kod ostalih pretraživača može dogoditi da vam ne učita sve moodle opcije. 1. Traka za adresu (Address Bar) je mesto za upisivanje Internet adrese Web sajta koji želite da posetite. 2

9 2. Strelice Nazad (Back) i Napred (Forward) dopuštaju kretanje napred-nazad kroz Web stranice. 3. Ikonica Zaustavi (Stop) zaustavlja učitavanje i prebacivanje Web stranice na lokalni računar. 4. Ikonica Osveži (Refresh) ponovo šalje zahtev za Web stranicom čija je Internet adresa već ukucana. U slučaju prenosa i prikaza nekih Web stranica pojedini elementi nekada ne budu prikazani. Klikom na ikonu Refresh, ponovo se šalje zahtev Web serveru za ponovni prikaz istih informacija. 5. Ikonica koja označava Početnu stranicu (Home page) otvara stranicu koja će se uvek prva otvoriti u pretraživaču kada ga pokrenete. MOODLE SISTEM PODRŠKA ELEKTRONSKOM UČENJU Osnove elektronskog učenja Elektronsko učenje (E-learning) je proces sticanja znanja putem Interneta uz korišćenje računarskih aplikacija i okruženja u procesu učenja. Ovo učenje se odvija pomoću računara, putem Web-a, u digitalnim učionicama, i slično. Sadržaji su uglavnom u digitalnom obliku i prenose se preko Interneta, intraneta, audio i video zapisa, televizije i optičkih diskova (CD, DVD, ). Uporedo sa favorizovanjem znanja kao najvažnijeg globalnog resursa za budućnost, u poslednjoj deceniji je intenzivno rađeno na usavršavanju i proširenju svih oblika elektronske podrške obrazovnom procesu. Pored korišćenja novih tehnologija u unapređenju klasične nastave, razvijano je tzv. učenje na daljinu, sa osnovnim ciljevima da se uspostavi fleksibilnija infrastruktura, a time i dostupnost ovog oblika učenja svakom studentu, da se podigne opšti nivo digitalne pismenosti akademske populacije i razvije visokokvalitetni obrazovni sadržaj. Ove zahteve najoptimalnije ispunjavaju Web bazirani E-Learning kursevi, koji danas čine skoro 80% ukupnog broja obrazovnih kurseva na daljinu. E-learning kursevi vam daju mogućnost da Vaše vreme planirate efikasnije, pošto on-line materijalima za učenje možete pristupiti u bilo koje doba dana i noći. Uz E-Learning računar je dostigao svoju stvarnu moć jer je postao sredstvo koje kontroliše student. 3

10 Kao podrška elektronskom učenju nastao je softverski paket Moodle koji se koristi za izradu Internet kurseva i Web sajtova za nastavu. Reč Moodle predstavlja skraćenicu za Modularno Objektno Orijentisano Dinamičko okruženje za učenje. Kreiran je kao Open Source softver, otvorenog izvornog koda, sa GNU Public licencom. U osnovi to znači da je ovaj softverski paket zaštićen autorskim pravima, ali da onaj ko ga koristi ima i dodatnu slobodu. Na predmetu organizovan je online kurs kao dodatna podrška tradicionalnom načinu održavanja nastave. Pomoću Moodle-a, na ovom kursu, studentima je dostupan materijal za učenje, obaveštenja koja putem foruma stižu na adresu elektronske pošte, kontakt i diskusija sa profesorom i saradnicima, provera znanja putem testova, i predavanja. Svrha ove laboratorijske vežbe je upoznavanje sa postupkom registracije za upotrebu Moodle-a u okviru našeg predmeta i postupka koji se generalno primenjuje za sve kurseve u kojima ima elemenata elektronskog učenja. Prijava na Moodle sistem U Web pretraživaču upišite adresu Nakon potvrde adrese prikazuje se početna stranica Moodle-a (slika1.1) Na početnoj stranici Moodle sistema prikazani su sledeći blokovi: 4

11 Kategorije kurseva: Prikazuju se svi kursevi koji su podržani ovim sistemom i organizovani su po godinama studija. Prijava: Ovaj blok se sastoji od dva polja: korisničko ime i lozinka. Korisničko ime i lozinku za prijavu na Moodle sistem dobijate u papirnoj formi od sekretara studijskog programa ili od saradnika na vežbama. Najnovije vesti: U ovom bloku se vide vesti koje postavlja glavni administrator Moodle sistema. Aktivni korisnici: U ovom bloku se vidi spisak svih prijavljenih korisnika na sistem. Glavni meni: Ovaj blok se nalazi na levoj strani i obuhvata dodatne blokove Novosti i Kategorije kurseva. Kursevi mogu biti organizovani u tematske kategorije (Prva godina, Druga godina...). Klikom na kategoriju dobijate listu kurseva te kategorije. Slika 1.1 Početna stranica Moodle sistema Nazivi kurseva predstavljaju linkove (veze) (slika 1.2). Klikom na odgovarajući link (naziv kursa) i unosom odgovarajuće pristupne lozinke (slika 1.3), korisnik se prijavljuje i postaje student izabranog kursa. 5

12 Slika 1.2 Stranica predmeta Slika 1.3 Prijava (upis) na kurs Lozinku za upis na kurs dobijate od predmetnog profesora ili saradnika. Kada ste je uneli i kliknuli na upiši me na ovaj kurs postali ste učesnik kursa i više ne morate da je koristite. Aktiviranje naloga na Moodle sistemu Za prijavu i prvi pristup kursu, u bloku Prijava (sa desne strane) unesite korisničko ime i lozinku i kliknite na dugme Prijava. (slika 1.4) Slika 1.4 Prijava na Moodle system 6

13 Prikazuje se stranica za popunjavanje opštih informacija koje treba da vam omogući kompletno kreiranja naloga na ovom sistemu. Da bi mogli da aktivirate nalog u Moodle-u, prvo morate da upišete važeću i aktivnu besplatnu adresu e-pošte ( ). Izmenu ili upis informacija o sebi (između ostalog i navođenje aktivne adrese e-pošte) vršite u okviru podešavanja svog korisničkog profila. Podešavanje korisničkog profila Podešavanje vašeg korisničkog profila omogućava vam da dodate neke osnovne informacije o sebi (interesovanja, hobi), da postavite vašu sliku, da možete u svakom trenutku da promenite vašu adresu e-pošte i postavite važeću i aktivnu. Za pristup profilu potrebno je da kliknete na vaše ime i prezime koje je u formi linka ka stranici koja predstavlja vaš profil, a nalazi se u gornjem desnom uglu. Otvara se stranica za uređivanje profila prikazana na slici 1.5. Slika 1.5 Uređivanje korisničkog profila Na slici 1.5 možete videti više kartica koje vam omogućavaju izmenu i dopunu nekih informacija kao i pregled vaših aktivnosti na kursu. Kartica Uređivanje profila će se automatski otvoriti kada se prvi put prijavite na sistem, jer sistem od vas traži da unesete važeću i aktivnu adresu e-pošte na koju će poslati poruku za aktiviranje vašeg naloga. U okviru kartice Uređivanje profila pored nekih polja stoji crvena zvezdica što znači da moraju obavezno biti popunjena, a polja pored kojih stoji zelena zvezdica ne moraju biti obavezno popunjena. Jedno od najbitnijih polja kartice Uređivanje profila je svakako polje Adresa e-pošte (slika 1.6). 7

14 Slika 1.6.a Ažuriranje profila Unesite aktivnu adresu e-pošte. Prikaz adrese e-pošte: Dozvoli jedino drugim polaznicima kursa (studentima i predavacu) da vide moju adresu e-pošte. Adresa e-pošte je aktivirana: Ova adresa e-pošte je dostupna. Mesto: Beograd (vaše mesto stanovanja) Izaberite državu: Srbija Vremenska zona: Lokalno vreme server Preferirani jezik: Srpski Opis: u ovo tekstualno polje morate uneti informacije o sebi. Slika 1. 6.b Ažuriranje profila 8

15 Slika: omogućava postavljanje vaše fotogafije. Format fajla treba da bude jpg, a dimenzije slike ne bi trebalo da su veće od 100 x 100 piksela. Kada ste podesili i popunili sva polja kliknite na dugme Ažuriraj profil. Ažuriranjem profila, Moodle sistem šalje aktivacioni link na vašu adresu e-pošte koju ste upisali. Otvorite vašu nalog e-pošte pomocu Web pretraživaca. Ukoliko ste dobili poruku sa nazivom Admin User otvorite je. Kliknite na aktivacioni link u vašem Inbox-u (može se naći i u Spam ili Junk) Nakon aktiviranja linka za aktivaciju naloga, otvora se stranica Moodle-a za ponovni pristup sistemu. Izaberite kurs (slika 1.7) Slika 1.7 Pocetna stranica prijavljenog polaznika kursa Pri prvom pristupu kursu potrebno je da unesete i identifikacionu lozinku kursa koju dobijate od saradnika ili profesora (slika 1.8) 9

16 Slika 1.8 Unos identifikacione lozinke za učlanjenje na kurs Nakon unošenja identifikacione lozinke kursa otvara se stranica kursa (slika 1.9). Slika1.9 Početna stranica kursa Okruženje Moodle sistema Pri upoznavanju sa izgledom i navigacijom samog kursa, biće detaljnije opisani samo neki od najvažnijih elemenata, dok će opis elemenata koji se ređe koriste biti izostavljen. Na samom vrhu stranice, u gornjem levom uglu, nalazi se naslov ili naziv kursa. Na desnoj strani, na vrhu stranice 10

17 možete videti da li ste prijavljeni i pod kojim korisničkim imenom, a imate i mogucnost da se odjavite klikom na link Odjava (Logout) Središnji deo stranice je namenjen resursima koje profesor ili saradnici postavljaju u okviru stranice predmeta i organizovan je u sekcije ili teme. Osnovno kretanje i navigacija na stranici kursa Postoji nekoliko načina za kretanje po stranici kursa. Odmah ispod naziva kursa nalazi se linijski navigacioni meni kao na slici 1.10 Slika 1.10 Klikom na pojedine delove linijskog tekstualnog menija postiže se sledece: e-learn: vraća vas na početnu stranicu Moodle sajta EMK_09: dobijate početnu stranicu kursa Elektrotehnički materijali i komponente Lekcije: dobijate spisak postavljenih lekcija Teme Teme su prepoznatljive u središnjem delu stranice kursa. Unutar tema, profesor ostavlja aktivnosti i resurse tj. nastavni sadržaj kursa. Izgled ove kolone može varirati u zavisnosti od želja i preferenci nastavnika koji kreira materijal. Na vrhu se može naći broj teme, naziv (naslov poglavlja) (slika 1.11). Slika

18 Ako želite prikaz jedne teme na stranici u jednom trenutku kliknite na mali kvadratić koji imate na desnoj strani bloka teme. Nakon tog klika pogled na istu temu izgleda skoro identicno, ali su ostale teme nevidljive. Da ostale teme ponovo učinite vidljivim morate kliknuti na dvostruki kvadratić u gornjem desnom uglu teme.u slučaju da ponovo želite prikazati sve teme onda kliknete na dvostruki kvadratić koji će se pojaviti na tom mestu. Ovo omogućava jednostavniji pristup određenoj temi u slučajevima kada imate kurs sa velikim brojem tema (slika 1.12) Slika 1.12 Prikaz svih tema na stranici Blokovi funkcija Blokovi su delovi teksta na ekranu koji su ograničeni kvadratnim okvirom. Oni se nalaze sa leve ili desne strane tematskog dela stranice i imaju različite funkcionalnosti koje su opisane u nastavku teksta. Korisnici sajta - učesnici na kursu Ovaj blok sadrži linkove na učesnike kursa i na deo koji vam omogućava uredivanje svog korisničkog profila. Ukoliko su korisnici sajta, od strane 12

19 nastavnika, podeljeni u neke grupe onda se ovde može videti i link Grupe (slika 1.13). Slika 1.13 Korisnici koji su online Ovaj blok prikazuje učesnike kursa koji su trenutno ili koji su bili nedavno online (slika 1.14). Slika 1.14 Korisnici koji su online Aktivnosti i resursi Ovaj blok sadrži linkove na sve aktivnosti i resurse koji postoje u okviru kursa. Ikonica (sliciča) koja se nalazi sa leve strane teksta je različita za svaki tip resursa i pomaže lakšem snalaženju na samom kursu. Slika 1.15 Aktivnosti i resursi Pretraga foruma Ovaj blok omogućava pretraživanje svih foruma na kursu. Forumi su specifični tipovi nastavnog sadržaja i aktivnosti. Za pretraživanje je dovoljno kliknuti na polje za upis teksta, upisati tekst koji želite naći i pritisnuti Enter ili kliknuti mišem na dugme Dalje. 13

20 Slika 1.16 Pretraga foruma Administracija Administracija se odnosi na pregled ocena, mogućnost izmene šifre korisnika uz opciju da se ispišete sa kursa. Slika 1.17 Administracija Moji kursevi U ovom bloku su prikazani kursevi na koje ste upisani kao učesnik. U donjem delu je link na sve kurseve koji vam omogucava da vidite listu kurseva Moodle sajta. Slika 1.18 Moji kursevi Najnovije vesti U ovom delu je dat prikaz najnovijih vesti koje su objavljene kroz forum Novosti, sa datumom objave i imenom autora. Imate mogućnost da klikom na tekstualni link još... pročitate vest direktno na forumu Vesti i obaveštenja. 14

21 Slika 1.19 Najnovije vesti Kalendar U ovom delu se prikazuje kalendar. Klikom na datume koji su različite boje dobijate informaciju o zakazanim aktivnostima u okviru izabranog kursa za taj dan. Slika 1.20 Kalendar Nedavne aktivnosti Ovde su prikazane nedavne i tekuće aktivnosti koje su ujedno i linkovi na te aktivnosti.takođe imate opciju pregleda svih aktivnosti na kursu. Broj i 15

22 način prikaza aktivnosti može varirati od kursa do kursa i podešava se u skladu sa potrebama nastavnika. Slika 1.21 Nedavne aktivnosti Predstojeći događaji U ovom delu date su one aktivnosti koje se prema kalendaru pojavljuju prve. Ovaj modul je povezan sa Kalendarom tako da klikom na linkove u ovom modulu prikazujete Kalendar sa svim dogadajima i mogućnošcu kreiranja novih događaja. Broj događaja i period koji je prikazan može varirati i definisan je od strane nastavnika. Slika 1.22 Predstojeći događaji Rad sa testovima Moodle sistem omogućava korisnicima i proveru znanja učesnika kursa kroz online testiranje. Na kursu, 16

23 studenti proveravaju svoje znanje vezano za predavanje koje se sluša te sedmice. Pristup izabranom testu vrši se klikom na naziv testa u okviru tematske celine nakon cega se otvara Web stranica kao na slici Prilikom otvaranja testa na prvoj strain pojaviće se informacije vezane za test. Broj pokušaja Vremensko ograničenje Metod ocenjivanja Vreme trajanja testa Opšte karakteristike testa i informacije samog testa (svrha) Slika 1.23 Student zapocne test klikom na dugme Zapocni test, i pre nego što dobije prikaz pitanja Moodle sistem ga obaveštava o dozvoljenom broju pokušaja za rešavanje testa. Kada student označi odgovore koje smatra da su tačni, da bi završio test i dobio povratne informacije od sistema, potrebno je da klikne na dugme Predaj sve odgovore i završi test koje je označeno na slici 1.24 Slika 1.24 Kada student završi test, prikazuje mu se Web stranica sa povratnim informacijama o prolaznosti na testu kao i mogućnost da vidi gde je pogrešio. 17

24 U okviru testova, na Moodle sistemu, student može da dobije različite vrste pitanja, postavljena na različite načine, odnosno, sa mogućnošću odgovora na različite načine i to: Tačno/Pogrešno pitanja (1.25) Slika 1.25 Pitanja sa sparivanjem (1.26) Slika 1.26 Pitanja sa jednim tačnim odgovorom (1.27) Slika

25 Pitanja sa više tačnih odgovora (1.28) Slika1.28 Pitanja sa upisom tačnog odgovora (1.29) Slika

26 20

27 VEŽBA 2. UVOD U LABORATORIJU Vežba 2. Student (ime prezime, indeks): Datum: Pregledao: Ocena: 21

28 Laboratorija 204 CILJ Upoznavanje sa osnovnom mernom i pomoćnom opremom RADNI PRIBOR 1. Univerzalno podnožje 2. Otpornička dekada 3. Analogni multimetar 4. Digitalni multimetar sa generatorom impulsa 5. Laboratorijski izvor jednosmernog napona 6. Dvostruki generator funkcija sa frekvencmetrom 7. Osciloskop 22

29 OSNOVNE TEHNIČKE KARAKTERISTIKE LABORATORIJSKE OPREME 1. UNIVERZALNO PODNOŽJE Univerzalna ploča za spajanje mernih i elektronskih šema. Izvedeno je na samom kućištu podesivo napajanje od ±1 V do ±18V, fiksno napajanje +5 V i masa. Raspored priključaka na univerzalnom podnožju (protobordu) 23

30 2. OTPORNIČKA DEKADA Tehničke karakteristike x 10 Ω (Imax = 300 ma) x 100 Ω (Imax = 100 ma) x 1 k Ω (Imax = 30 ma) x 10 k Ω (Imax = 10 ma) x 100 k Ω (Imax = 3 ma) DECADE RESISTOR 3. ANALOGNI MULTIMETAR Napon (merni opsezi za DC i AC): 15V, 150V, 500V Struja, DC: 50mA, 250mA Otpornost, merni opsezi: x10 Ω, x1k Ω Decibel: -20dB do 56dB u svim opsezima za merenje nazmeničnog napona VOLTCRAFT A801 24

31 4. DIGITALNI MULTIMETAR SA GENERATOROM IMPULSA Napon, merni opsezi: DC - 200mV, 2V, 20V, 200V, 1000V AC - 200mV, 2V, 20V, 200V, 750V Struja, merni opsezi su isti za DC i AC: 200μA, 2mA, 20mA, 200mA, 20A Otpornost, merni opsezi: 200 Ω, 2k Ω, 20 k Ω, 200 kω, 2 M Ω, 20 M Ω MAXCOM MX-610 Frekvencija, merni opsezi: 2kHz, 20kHz, 200kHz, 2MHz, 20MHz Generator pravougaonih impulsa: 1,25kHz, 2,5kHz, 5kHz, 10kHz, 20kHz Tranzistor hfe: NPN i PNP Provera ispravnosti dioda 25

32 6. LABORATORIJSKI IZVOR JEDNOSMERNOG NAPONA I STRUJE PS-2403-D Mrežni napon VAC ±10% Stabilnost napona pri varijaciji mrežnog napona +6/-10%... 0,05% Promena napona pri maksimalnom opterećenju u CV režimu <30 mv... 0,05% Stabilnost struje pri varijaciji mrežnog napona +6/-10%... 0,05% Promena struje pri maksimalnom opterećenju u CC režimu... <10 ma Naizmenična komponenta ispravljenog napona (ripple)... 2 mvef Radna temperatura... +5oC do + 40oC Displej LCD sa 3-1/2 cifre: napon 0-40 V (0,1-41,5 V), rezolucija... 0,1 V Struja 0-3A (0,01-3,15 A), rezolucija... 0,01A 26

33 7. DVOSTRUKI FREKVENCMETROM GENERATOR FUNKCIJA SA DG2F GENERATOR 1 Talasni oblici: sinusni, trougaoni, pravougaoni Opseg radne frekvencije: 0,1 Hz 100 khz Opseg izlaznog napona: 0 20 Vpp, mvpp Odnos impuls/pauza: 1/10 1/100 promenljivo, 1/1 fiksno Izlazna impedansa: 50 Ω GENERATOR 2 Talasni oblici: sinusni, trougaoni, pravougaoni Opseg radne frekvencije: 0,1 Hz 100 khz Opseg izlaznog napona: 0 20 Vpp, mvpp Odnos impuls/pauza: 1/10 1/100 promenljivo, 1/1 fiksno Izlazna impedansa: 50 Ω DC offset: 0 - ± 5 V Tipovi modulacije: CAM, AM DSB, FM BROJAČ (merenje frekvencije) Tačnost: 50 ppm Maksimalna frekvencija: > 20 MHz Broj cifara: 8 (na displeju 6) Rezolucija [Hz]: 0.1, 1, 10 BROJAČ (merenje perioda, trajanja impulsa i trajanja pauze Tačnost: 50 ppm Maksimalna dužina trajanja vremenskog intervala: 16.5 μs Broj cifara: 8 (na displeju 6) Rezolucija: 1 μs Maksimalna frekvencija: > 20 MHz Broj cifara: 8 (na displeju 6) Rezolucija [Hz]: 0.1, 1, 10 27

34 8. OSCILOSKOP CA 902 Vertikalni otklon: Dva kanala: CH1, CH2, ADD, DUAL Frekventni opseg: 2xDC-20 MHz Vertikalni otklon od 5 mv/div do 5 V/div sa korakom Ulazna impedansa 1MΩ paralelno sa 25 pf Maksimalni merni napon: 300 V (DC+AC) Tačnost ±3%. Okidanje: Automatsko ili kontrolisano na prelaz (nezavisno od smera prelaza) Izvori okidanja: CH1, CH2, LINE i EXT Aktivan TV SYNC separator Triger opseg : >25 Hz do 20 MHz. Horizontalni otklon: Tačnost ±3%, ±5% sa x10 uvećanjem Vremenska baza: 0,2 µs/div do 0,2 s/div sa korakom

35 VEŽBA 3. OTPORNICI Vežba 3. Student (ime prezime, indeks): Datum: Pregledao: Ocena: 29

36 OTPORNICI Otpornik (eng. resistor) je dvopolna pasivna elektronska komponenta koja pruža otpor struji, stvarajući pritom pad napona između priključaka. Osnovna osobina otpornika je električni otpor. Prema Omovom zakonu električni otpor jednak je padu napona na otporniku podeljenom sa jačinom struje koja protiče kroz otpornik. Drugim rečima, otpor je konstanta srazmere između napona i struje otpornika. Otpornik se koristi kao element električnih mreža i elektronskih uređaja. Primena Ako je struja u kolu poznata, tada se otpornik koristi za stvaranje poznate razlike potencijala proporcionalne toj struji. Obratno, ukoliko je poznata razlika potencijala između dve tačke u kolu, tada se otpornik može koristiti za stvaranje poznate struje proporcionalne toj razlici potencijala. Ograničavanje struje. Postavljanjem otpornika u seriju s nekom drugom komponentom, kao što je LE dioda(led), struja kroz tu komponentu se ograničava na poznatu i dozvoljenu vrednost. Prigušivač (atenuator) je mreža dva ili više otpornika (delitelj napona) koji služe za smanjenje napona signala. Linijski terminator je otpornik na kraju prenosne linije, konstruisan kao završna impedansa (otpor čija vrednost otpora odgovara otporu ostatka kola na koji je spojen) i time minimizira refleksiju signala. Idealni otpornik SI jedinica električnog otpora je 1 Ω (om). Komponenta ima otpor od 1 Ω (oma) ako napon od 1V (volt) na krajevima elementa daje struju od 1A (ampera), koja je ekvivalent toku od 1 C/s (kulona električnog naboja u sekundi). Često se koriste i višekratnici kω (kiloom oma) i MΩ (megaom - milion oma). Kod idealnog otpornika otpor ostaje konstantan bez obzira na dovedeni napon ili struju kroz element ili brzinu promene struje. Iako stvarni otpornici ne mogu postići ovaj zahtev, oni su projektovani da imaju male varijacije u električnom otporu kada su podvrgnuti tim promenama, ili promenama temperature ili ostalim faktorima iz okoline. Otpor provodnika Za izračunavanje otpora provodnika možemo koristiti sledeći izraz: 30

37 gde je, R20 otpor na 20 C, ρ specifični električni otpor materijala od koga je sačinjen provodnik, l dužina provodnika i A površina poprečnog preseka provodnika. Realni otpornik Otpornik ima najveći radni napon i struju iznad koje se otpor može promeniti (u nekom slučajevima i drastično) ili otpornik može biti fizički oštećen (na primer može biti pregrejan ili može pregoreti). Iako neki otpornici imaju određenu naponsku i strujnu klasu, većina se razvrstava prema maksimalnoj snazi koja se određuje prema fizičkoj veličini otpornika. Najčešće klase snage za ugljene i metal-film otpornike su 1/8 W (vata), 1/4 W i 1/2 W. Otpornici izrađeni od metal-filmova i ugljenih filmova su puno temperaturno, i zbog starenja, stabilniji od ugljenih otpornika. Veliki otpornici mogu disipirati više toplote jer imaju veću površinu. Žičani i otpornici omotani keramikom se koriste kada se traži visoki razred snage. Realni otpornici unose i nešto induktiviteta i malu količinu kapaciteta, koji menjaju dinamičke karakteristike realnog otpornika u odnosu na idealni otpornik. Otpornici su elementi čija se svojstva menjaju s promenom temperature. Iako je promena otpora u odnosu na promenu temperature vrlo nelinearna, možemo je aproksimisati sledećim izrazom: gde je Vrste otpornika Fiksni otpornici Neki otpornici su cilindrični, s aktivnim otpornim materijalom u sredini (maseni otpornik, više se ne koriste) ili na površini cilindra (film) otpornici, i vodljivih metalnih priključaka izvedenih uz osu cilindra na svakoj strani. Koriste se ugljen-film i metal-film otpornici. Otpornici velike snage dolaze u velikim pakovanjima projektovanim da efikasno disipiraju toplinu. Otpornici za velike snage se obično izvode kao motani 31

38 otpornici. Otpornici u računarima su puno manji, obično izrađeni u SMD kućištima bez žičanih priključaka. Otpornici se ugrađuju u integrisana kola kao deo fabričkog postupka, koristeći činjenicu da poluprovodnik ima otpornost i da se može koristiti kao otpornik. Promenljivi otpornici Promenljivi otpornik je otpornik čija se vrednost može namestiti okretanjem osovine ili pomicanjem klizača. Zovemo ih i potenciometri ili reostati i omogućuju da se otpor uređaja ručno menja. Reostati se koriste za sve otpornike iznad 1/2 W. Promenljivi otpornici mogu biti jednookretnog tipa ili višeokretnog tipa. Najčešći primeri: Reostat: promenljivi otpornik s dva priključka, jedan fiksni, a drugi klizni. Koristi se za velike struje. Potenciometar: najčešći tip promenljivog otpornika. Česta primena je kontrola jačine glasa u audio pojačavačima. Ostali tipovi otpornika Metal oksidni varistor (MOV) je specijalni tip otpornika koji menja svoj otpor s porastom napona: vrlo veliki otpor na niskom naponu i vrlo mali otpor na visokim naponima. Radi kao prekidač. Obično se koristi kao zaštita energetskih sklopova od kratkog spoja ili odvodnik atmosferskog pražnjenja na uličnim svetiljkama, ili kao element za ograničavanje porasta struje u induktivnim kolima. Termistor je temperaturno zavisan otpornik. Postoje dve vrste, a razlikuju se prema predznaku njihovog temperaturnog koeficijenta: PTC (Positive Temperature Coefficient) otpornik je otpornik s pozitivnim temperaturnim koeficijentom. Kako raste temperatura tako se i otpor PTC povećava. PTC se često mogu naći u televizorima u serijskom spoju s demagnetizirajućim zavojnicom gde se koriste za osiguravanje kratkotrajnog strujnog udara kroz zavojnicu kada se televizor uključuje. NTC (Negative Temperature Coefficient) otpornik je takođe temperaturno zavisan otpornik, ali s negativnim temperaturnim koeficijentom. Kada se temperatura povećava otpor NTC-a pada. NTC se često koriste u jednostavnim temperaturnim detektorima i mernim instrumentima. 32

39 Tehnologija Otpornici se obično proizvode namotavanjem metalne žice oko keramike, plastike, ili oko staklenog vlakna. Krajevi žica se zaleme na dva izvoda koji se nalaze na krajevima jezgre. Sklop se zaštiti slojem boje, plastikom ili slojem emajla, pečenog na visokoj temperaturi. Žičani izvodi obično imaju promer između 0.6 i 0.8 mm i presvučeni su zaštitinim slojem da se omogući lakše lemljenje. Označavanje otpornika Većina cilindričnih otpornika ima uzorak obojenih prstenova za označavanje otpora. SMD otpornici imaju numerički uzorak. Kućišta su obično smeđa, plava, ili zelena, iako se povremeno mogu naći i boje kao tamnocrvena i tamnosiva. Cilindrični otpornici sa 4 prstena Identifikacija s 4 prstena u boji je najčešće korišteni način kodiranja vrednosti na svim otpornicima. Sastoji se od četiri prstena u boji, oko tela otpornika. Šema je jednostavna: prve dve boje su prve dve značajne cifre vrednosti otpornika, treća je množilac i četvrta je vrednost tolerancije. Svaka boja odgovara određenom broju. Cilindrični otpornici sa 5 prstenova Identifikacija s 5 prstenova se koristi kod otpornika s manjim tolerancijama (1%, 0.5%, 0.25% i 0.1%), za zapisivanje dodatne cifre. Prva tri prstena predstavljaju značajne cifre, četvrta je množilac, a peta je tolerancija. 33

40 Tabela standardnih EIA kodova boja 4.prsten (tolerancijaa) 5. prsten (temperaturni koeficijent) 101 ±1% (F) 100 ppm/k ±2% (G) 50 ppm/k Narandžasta ppm/k Žuta ppm/k Zelena ±0.5% (D) Plava ±0.25% (C) 7 Boja 1.prsten 2.prsten 3.prsten (Množilac) Crna Smeđa 1 1 Crvena 2 Ljubičasta Siva Bela 9 10 ±0.1% (B) ±0.05% (A) Zlatna 0.1 ±5% (J) Siva 0.01 ±10% (K) Bez boje ±20% (M) SMD otpornici SMD (eng. Surface Mount Device) otpornici imaju ispisane numeričke vrednosti na isti način kao kod cilindričnih otpornika. SMD otpornici sa standardnim tolerancijama se označavaju trocifrenim kodom, u kom prve dve cifre predstavljaju prve dve značajne cifre vrednosti, dok je treća cifra potencija broja 10 (odnosno množilac). Na primer, 472 predstavlja 47 (prve dve cifre) pomnoženo s deset na potenciju 2 (treća cifra), tj. 47h10²=47h100=47000 oma. Precizni SMD otpornici se označavaju s četverocifrenim kodom u kome su prve tri cifre ujedno i prve tri značajne cifre vrednosti, a četvrta cifra je stepen broja

41 Industrijske oznake Prema području radne temperature razlikujemo komercijalnu, industrijsku i vojnu klasu komponenata. Komercijalna klasa: 0 C do 70 C Industrijska klasa: -25 C do 85 C Vojna klasa: -40 C do 125 C Proračuni Omov zakon Odnos između napona, otpora i struje kroz element dat je jednostavnom formulom poznatom pod imenom Omov zakon: gde je U napon na elementu u voltima, I je struja kroz element u amperima, i R je otpor u omima. Ako su U i I linearno povezani tj. ako je R konstantan - na određenom području vrednosti, kažemo da je materijal na tom području omski. Savršeni otpornik ima fiksnu vrednost otpora na svim frekvencijama i amplitudama napona ili struje. Superprovodni materijali na vrlo niskim temperaturama imaju otpor (praktično) jednak nuli. Izolatori (kao što su vazduh, dijamant, ili ostali neprovodni materijali) mogu imati ekstremno (ali ne beskonačno) visok otpor, koji se može probiti i tako desiti veliki protok struje. Disipacija snage Snaga disipacije (potrošene) na otporniku jednaka je naponu na otporniku pomnoženom sa strujom kroz otpornik: Sva tri izraza su ekvivalentna, zadnja dva su izvedena iz prvog korištenjem Omovog zakona. Ukupan iznos oslobođene toplotne energije je integral snage po vremenu: Ukoliko prosečna snaga disipacije premaši klasu snage otpornika najpre dolazi do odstupanja otpora u odnosu na nominalnu vrednost, a kasnije i do uništenja (pregorevanja) zbog pregrevanja. 35

42 Redna i paralelna veza Otpornici u paralelnoj vezi imaju osobinu da im je isti napon na izvodima. Izračunavanje ukupnog ekvivalentnog otpora (Req): Zapis paralelne veze se u jednačinama može prikazati kao dve vertikalne linije, čime se pojednostavljuje jednačina. Za dva otpornika, Otpornici spojeni u red imaju osobinu da je struja kroz sve njih ista, ali napon na pojedinom otporniku može biti različit. Zbir napona jednak je ukupnom naponu. Određivanje ukupnog otpora: Otpornička mreža, kombinacija paralelno i serijski vezanih otpornika, se ponekad može rastaviti na manje delove koji su ili paralele ili serije. Provodnost Provodnost je recipročna vrednost otpora: SI jedinica za električnu provodnost je 1 S (simens). Otpornici snage ( snagaši ) Kada kroz otpornik teče struja, on se zagreva. Ako se pregreje dolazi do razaranja otpornog materijala i uništenja otpornika. U elektronskim kolima najviše se koriste otpornici snage 1/4 W (njegovo telo je dugačko oko 6 mm) i 1/2 W (oko 9 mm). Proizvode se otpornici manjih snaga od 1/8 W, i većih snaga od 1 W, 2 W, 5 W itd. Ako snaga na otporniku nije napisana procenjujemo je po veličini otpornika veće dimenzije znače i veću snagu. Umesto otpornika određene snage može da se koristi i 36

43 otpornik iste otpornosti i bilo koje veće snage, ali pošto je on veći to će se odraziti na dimenzije štampane ploče i na cenu uređaja (skuplji je). Program Resistor Code (Grafički računar boja) Program funkcioniše tako što se sa otpornika ( cilindrični otpornik sa 4 prstena ) nepoznate vrednosti očitaju boje ( pogledati tabelu standardnih EIA kodova boja ) i ubace u program koji na ekranu izbacuje vrednost otpornika sa njegovom tolerancijom ( % ). Print Screen programa 1. unošenje očitanih boja sa otpornika, kako se boje unose tako se menjaju na crtežu 2. unošenje boje koja odredjuje toleranciju u procentima ( % ) 3. očitavanje vrednosti otpornika sa tolerancijom u procentima ( % ) Izmerene vrednosti otpornika sa vežbe 37

44 Program Resistor Color Code ( može nam poslužiti za proveru rezultata ) Print Screen programa 1. Value: Duplim levim klikom mišem na ovu reč mozemo uneti vrednost otpornika. Kako se unosi vrednost otpornika tako se menjaju boje na crtežu. 2. Reset levim klikom mišem na ovo dugme resetujemo vrednost koju smo uneli i možemo uneti neku drugu vrednost otpornika. 3. Levim klikom mišem na strelice menjamo toleranciju unete vrednosti otpornika, a samim tim i boju na crtežu koja odgovara toj toleranciji. 38

45 ZADATAK: 3.1. Odrabrati 20 otpornika i uneti njihove vrednosti u sledeću tabelu: Redni I boja broj I cifra II boja II cifra III boja IV boja Vrednost Tolerancija Izmerena mnozilac tolerancija ( Ω ) (%) vrednost 39

46 3.2. Podesiti na OTPORNIČKOJ DEKADI 10 različitih kombinacija i izmeriti vrednost tih otpornosti. Redni broj X 10 X 100 X 1K 40 X 10K X 100K Izmerena vrednost

47 3.3. Odabrati dva otpornika sa proizvoljnim vrednostima, izmeriti ekvivalentnu otpornost serijskog spoja ta dva otpornika i u tabelu uneti sve navedene vrednosti. Redni br R1 R2 R1+R2(izračunato) R1+R2(izmereno) 3.4. Odabrati dva otpornika sa proizvoljnim vrednostima, izmeriti ekvivalentnu otpornost paralelnog spoja ta dva kondenzatora i u tabelu uneti sve navedene vrednosti. Redni br R1 R2 R1llR2(izračunato) R1llR2(izmereno) 3.5. Odabrati tri otpornika sa proizvoljnim vrednostima, izmeriti ekvivalentnu otpornost serijskog spoja jednog otpornika sa paralelnom vezom druga dva otpornika i u tabelu uneti sve navedene vrednosti. Redni br R1 R2 R3 R1+R2llR3(izračunato) 41 R1+R2llR3 (izmereno)

48 42

49 VEŽBA 4. PROŠIRENJE MERNOG OPSEGA Vežba 4. Student (ime prezime, indeks): Datum: Pregledao: Ocena: 43

50 PROŠIRENJE ŠANTA MERNOG OPSEGA POMOĆU SPOLJNJEG Merni opseg instrumenta može se proširiti rednim odnosno paralelnim vezivanjem spoljnih otpornika. Postupak će biti demonstriran na primeru ampermetra. Za merenje struja većih vrednosti, neophodno je paralelno sa ampermetrom vezati otpronik - šant kao što je prikazano na slici 1. Kroz ovako vezan šant proteći će veći deo struje čime se povećava merni opseg upotrebljenog ampermetra. Slika 4.1. Paralelno vezivanje šanta sa ampermetrom Ako je maksimalno dozvoljena struja kroz ampermetar IAmax, kroz strujni razdelnik koji čine unutrašnja otpornost ampermetra i otpornost šanta je: Iz prethodne jednakosti može se dobiti i izraz za izračunavanje potrebne vrednosti otpornosti šanta za zadatu maksimalnu vrednost struje: 44

51 Korišćenjem ampermetra je moguće meriti i napon, uz redno vezivanje otpornika velike otpornosti, kao što je prikazano na slici 2. IAmax RA RS Slika 4.2. Redno vezivanje otpornika sa ampermetrom Iz jednačine kola dobija se izraz za maksimalnu vrednost napona koji se može meriti na ovaj način: odakle je: 45

52 ZADATAK: a) Proveriti da li raspoloživi ampermetar odgovara naznačenoj klasi tačnosti. b) Korišćenjem raspoloživog ampermetra i izborom ponuđenih otpornika realizovati ampermetre za tri strujna opsega, koja zada dežurni asistent. Realizovane ampermetre baždariti u po deset ekvidistantnih tačaka unutar opsega. c) Korišćenjem raspoloživog ampermetra i izborom ponuđenih otpornika realizovati voltmetre za tri naponska opsega, koja zada dežurni asistent. Realizovane voltmetre baždariti u po deset ekvidistantnih tačaka unutar opsega. Uputstvo za rad: Na raspolaganju je generator, ampermetar i određen broj otpornika poznatih otpornosti. a) Na naponski generator vezati redno ispitivani ampermetar (bez šantova), etalonski ampermetar i potrošač. Menjati napon generatora i beležiti odgovarajuća pokazivanja ampermetara (u deset tačaka). Klasa tačnosti instrumenta definiše se kao sa 100 pomnožen količnik maksimalne (po apsolutnoj vrednosti) apsolutne greške merenja i vrednosti opsega. b) Na osnovu zadatih vrednosti opsega i poznatih parametara korišćenog ampermetra, proračunati potrebne vrednosti šantova. Šantove vezati paralelno sa ampermetrom prema šemi sa slike 1. Na generator priključiti redno realizovani ampermetar, tačan ampermetar i potrošač. Menjati napon generatora i beležiti odgovarajuća pokazivanja ampermetara (u deset tačaka). 46

53 100Ω R Slika 1. R.B. DC(V) R(Ω) IA1(mA) 47 IA2(mA)

54 c) Na osnovu zadatih vrednosti opsega i poznatih parametara korišćenog ampermetra, proračunati potrebne vrednosti otpornika. Otpornike vezati redno sa ampermetrom prema šemi sa slike 2. Na generator priključiti paralelno realizovani voltmetar i tačan voltmetar. Menjati napon generatora i beležiti odgovarajuća pokazivanja voltmetara (u deset tačaka). A R V 100Ω Slika 2. R.B. DC(V) R(Ω) IA(mA) 48 UV(V)

55 VEŽBA 5. KONDENZATORI Vežba 5. Student (ime prezime, indeks): Datum: Pregledao: Ocena: 49

56 KONDENZATORI Kondenzatori čuvaju električnu energiju i blokiraju protok jednosmerne struje, dok propuštaju naizmeničnu struju. Kondenzatori imaju određeni kapacitet i on se izražava u faradima. Jedan farad predstavlja ogroman kapacitet, tako da se kapacitet većine kondenzatora izražava u manjim jedinicama: 1 mikrofarad (mf) = 10-6 farada (F) 1 pikofarad (pf) = farada (F). Vrednost kapaciteta kondenzatora obično je napisana na telu kondenzatora. Oznaka mf ili pf ne mora postojati. Kondenzatori manjeg kapaciteta sa brojčanom oznakom u opsegu od su reda pikofarada; kondenzatori većeg kapaciteta sa brojčanom oznakom u opsegu od su reda veličine mikrofarada. Elektrolitički kondenzatori obezbeđuju veliki kapacitet u maloj zapremini tela. Njihovi krajevi su polarisani i stoga moraju u strujno kolo da se priključe u odgovarajućem smeru. Kondenzatori imaju dozvoljeni radni napon. On je obično napisan na telu kondenzatora, ispod oznake za kapacitet. Dozvoljeni radni napon mora biti veći od najvećeg napona koji se može u normalnim uslovima pojaviti u strujnom kolu (obično napona napajanja uređaja). Napomena: Kondenzator može da čuva naelektrisanje dugo vremena nakon što je napajanje isključeno. Ovo naelektrisanje može biti opasno! Veliki elektrolitički kondenzatori napunjeni pod naponom od 5 do 10 V mogu se isprazniti (rasteretiti) prespajanjem krajeva kondenzatora šrafcigerom. Kondenzatori koji su priključeni na visoki napon napunjeni su ogromnim količinama naelektrisanja. Ove kondenzatore treba pažljivo prazniti pomoću otpornika odgovarajuće otpornosti (koristite Omov zakon) prislonjenog između priključnih krajeva kondenzatora. Prilikom izvođenja ove operacije treba koristiti samo jednu ruku da ne biste istovremeno dodirnuli oba kraja kondenzatora. Važne primene kondenzatora: 1. Uklanjanje neželjenih naponskih pikova bloka napajanja. (Stavite kondenzator kapaciteta mf između krajeva naponskog izvora koji napaja digitalna kola. Ovime sprečavate neželjena okidanja digitalnih kola.) 2. Glačanje ispravljenog naizmeničnog napona u stabilan jednosmerni napon. (Stavite kondenzator kapaciteta mf između izlaznih krajeva ispravljača.) 3. Blokiranje jednosmernog signala i propuštanje naizmeničnog 50

57 signala. 4. Odvođenje naizmeničnog signala na masu. 5. Filtriranje neželjenih delova varirajućeg signala. 6. Integriranje varirajućeg signala u odgovarajućoj sprezi sa otpornikom. 7. Diferenciranje varirajućeg signala u odgovarajućoj sprezi sa otpornikom. 8. Obavljanje vremenskih funkcija. Kondenzator se brzo puni... zatim se sporo prazni preko otpornika R. 9. Čuvanje (držanje) naelektrisanja da bi držao tranzistor u uključenom (zatvorenom) ili isključenom (otvorenom) stanju. 10. Držanje naelektrisanja da bi ga oslobodio preko elektronske cevi ili svetlosne diode u obliku brzog i snažnog impulsa. 51

58 ZADATAK: 5.1. Odrabrati 20 kondenzatora i uneti njihove vrednosti u sledeću tabelu: Redni broj I cifra II cifra III cifra Vrednost množilac ( nf) 52 Izmerena vrednost

59 5.2. Odabrati dva kondenzatora sa proizvoljnim vrednostima, izmeriti ekvivalentnu kapacitivnost serijskog spoja ta dva kondenzatora i u tabelu uneti sve navedene vrednosti. Redni br C1 C2 C1+C2(izračunato) C1+C2(izmereno) 5.3. Odabrati dva kondenzatora sa proizvoljnim vrednostima, izmeriti ekvivalentnu kapacitivnost paralelnog spoja ta dva kondenzatora i u tabelu uneti sve navedene vrednosti. Redni br C1 C2 C1llC2(izračunato) C1llC2(izmereno) 5.4. Odabrati tri kondenzatora sa proizvoljnim vrednostima, izmeriti ekvivalentnu kapacitivnost serijskog spoja jednog kondenzatota sa paralelnom vezom druga dva kondenzatora i u tabelu uneti sve navedene vrednosti. Redni br C1 C2 C3 C1+C2llC3(izračunato) 53 C1+C2llC3 (izmereno)

60 54

61 VEŽBA 6. DIODE Vežba 6. Student (ime prezime, indeks): Datum: Pregledao: Ocena: 55

62 DIODE 6.1. Obrazovanje PN spoja Poluprovodnik može da bude tako obrađen da mu jedan deo bude P-tipa, a drugi N-tipa. Ovako se dobije PN spoj. U oblasti P-tipa šupljine čine pokretni oblik elektriciteta. U N-oblasti elektroni čine pokretni deo elektriciteta. Slika 6.1. PN spoj Koncentracija šupljina u P oblasti je znatno veća nego u N oblasti, pa se one difuzno kreću iz P u N oblast. Posle ulaska u N oblast one se rekombinuju sa slobodnim elektronima, pa se od njih dobiju neutralni 56

63 atomi. Zbog toga u neposrednoj blizini P oblasti, u N oblasti, nema slobodnih elektrona pa se tu nalaze nekompenzovani nepokretni pozitivni joni. Slično se dešava i sa elektronima. Elektroni su slobodni i pokretni nosioci u N oblasti. I oni se difuzno kreću prema P oblasti gde se rekombinuju sa šupljinama, pa se i ovde dobiju neutralni atomi. U neposrednoj blizinu N oblasti, u P oblasti, nema slobodnih šupljina, pa se tu nalaze nekompenzovani nepokretni negativni joni. Nekompenzovani joni (i pozitivni i negativni) nazivaju se prostorno naelektrisanje. Ovo naelektrisanje se nalazi u neposrednoj blizini dodira P i N oblasti. Raspodela elektriciteta koji potiče od prostornog naelektrisanja, prikazan je na prvom grafiku. Vidi se da je leva strana dodira P i N oblasti zbog viška negativnog elektriciteta na negativnom potencijalu, a desna, zbog viška pozitivnog elektriciteta, na pozitivnom potencijalu. To vidimo na trećem grafiku. Električno polje je uvek usmereno od pozitivnog potencijala ka negativnom (od N ka P oblasti). Zbog toga što je usmereno suprotno od pozitivnog smera x-ose, polje je negativno. Najjače je na mestu spoja, jer je na tom mestu najveća promena potencijala. Električno polje je prikazano na drugom grafiku. 2. Direktno i inverzno polarisani PN spoj Kod direktne polarizacije koristi se spoljni izvor, čiji je pozitivni pol priključen na P, a negativan na N oblast. Slika 6.2. Direktno polarisani PN spoj Kod inverzne polarizacije koristi se spoljni izvor čiji je pozitivan pol spojen sa N, a negativan sa P oblasti. 57

64 Slika 6.3. Inverzno polarisani PN spoj 6.3. Proboj PN spoja PN spoj može biti probijen pri direktnoj i inverznoj polarizaciji. TOPLOTNI PROBOJ Neka je na PN spoj priključen inverzni napon, koji je suviše visok. Zbog visokog inverznog napona teče inverzna struja kroz PN spoj. Ona izaziva dodatno zagrevanje PN spoja jer je napon na njemu visok. Zbog dodatnog zagrevanja povećava se broj parova elektron-šupljina, odnosno povećava se inverzna struja. Ove pojave se međusobno potpomažu, pa stalno raste temperatura PN spoja. Kada temperatura pređe dozvoljenu granicu, dolazi do razaranja PN spoja. Ovakav toplotni proboj se javlja kod germanijumskih dioda. LAVINSKI PROBOJ Nastaje kod inverzne polarizacije PN spoja. Na sobnoj temperaturi u poluprovodniku postoje slobodnim elektroni. Kod povišenog inverznog napona ovi slobodni elektroni se ubrzavaju u smeru suprotnom od smera električnog polja. Ubrzani elektroni udaraju u atome i predaju im energiju. Primljena energija u atomu izaziva oslobađanje više novih elektrona, koji se takođe kreću pod dejstvom istog električnog polja. Oslobođeni elektroni se ubrzavaju i sudaraju sa novim atomima i proizvode još više slobodnih elektrona. Vidimo da broj slobodnih elektrona stalno raste što podseća na lavinu. Ova lavina izaziva povećanje struje, što može da izazove razaranje PN spoja. 58

65 CENEROV PROBOJ Ovaj proboj se dešava kod poluprovodnika sa velikom koncentracijom primesa. Zbog velike koncentracije primesa kristalna struktura nije ravnomerna, pa električno polje lako izvlači elektrone iz atoma. Povišavanjem inverznog napona PN spoja iznad određene granice inverzna struja naglo raste. Mehanizam proboja je relativno lako objasniti. Suviše visoki inverzno priključeni napon stvara unutar poluprovodnika jako električno polje, koje nasilno izvlači elektrone iz atoma i potiskuje ih u smeru suprotnom od smera polja. Ovi usmereni elektroni čine struju proboja. Ako poluprovodnik ima više primesa postoji više mogućnosti izvlačenja elektrona iz atoma i probojni napon je niži. Cenerov proboj se javlja do oko 5V. Od 5V do 8V proboj je kombinacija Cenerovog i lavinskog, a iznad 8V je lavinski proboj. Inverzni probojni napon se smanjuje sa povišenjem temperature do oko 5,5V. Na oko 5,5V probojni napon ne zavisi od promene temperature, a iznad ove granice raste sa porastom temperature Diode, snimanje karakteristika i proizvodnja Dioda je elektronska komponenta koja dozvoljava protok električne struje u jednom smeru bez otpora (ili uz veoma mali otpor) dok u suprotnom smeru predstavlja beskonačan (ili bar veoma veliki) otpor. Zato se za diodu kaže da postoji provodni i neprovodni smer. Može se smatrati da za proticanje struje u provodnom smeru dioda ima otpornost koliko i žica provodnika (nula), a za neprovodni smer se može posmatrati kao prekid provodnika (beskonačno). Poluprovodnički PN spoj sa metalnim priključcima predstavlja poluprovodnički element diodu. Priključak P oblasti se naziva anoda i obeležava se sa A, a priključak N oblasti se naziva katoda i obeležava se sa K. Na simbolu diode se odmah vidi u kojem smeru teče struja od anode ka katodi. Slika 6.4. Simbol diode 59

66 Snimanje karakteristika diode u direktnom smeru se obavlja pomoću kola na slici 6.5. Slika 6.5 Šema za snimanje karakteristike diode u direktnom smeru E je izvor jednosmernog napona (10V, a može biti i niži). Otpornik R štiti elemente kola od pregorevanja (1000 Ohm). Struja kroz diodu se meri miliampermetrom, a napon isključivo digitalnim voltmetrom. Menjanje napona se vrši pomoću potenciometra P. Slika 6.6 Snimanje karakteristike diode u inverznom smeru 60

67 Snimanje karakteristika u inverznom smeru se ne izvodi za silicijumske diode, jer je struja veoma mala. Kod germanijumskih dioda inverzna struja može biti znatna, do 1000 puta veća nego kod silicijumskih. Prag provođenja kod silicijumskih dioda je oko 0,6V, a kod germanijumskih oko 0,2V. Slika 6.7. Karakteristika diode 61

68 Polutalasni ispravljač U polutalasnom ispravljanju samo se pozitivna ili samo negativna poluperioda naizmeničnog napona propušta kroz ispravljač, što zavisi od polarizacije diode. Time se na izlazu dobija svaka druga poluperioda sa nultom vrednošću između. Ovakav tip ispravljača se koristi kada se želi ušteda na materijalu. Mana mu je što otežava filtriranje, pa se stoga primenjuje samo za izuzetno male snage potrošača, kojima ne smeta talasast napon. ZADATAK: 6.1. Sastaviti šemu prema sledećoj slici. Pratiti na dvokanalnom osciloskopu signale sa generatora signala i na diodi. Ucrtati signale u oscilogram. Odrediti minimalnu vrednost napona sa generatora signala za koju dioda počinje da provodi. AC 100Ω 62

69 Ispravljač sa Grecovim spojem Ovo je punotalasni ispravljač. Kod ovog ispravljača, u svakoj poluperiodi, uvek provode po dve diode. Dioda upotrebljena u Grecovom spoju treba da ima maksimalnu nominalnu struju veću od najveće očekivane struje potrošača i probojni napon veći od maksimalne amplitude napona na sekundaru transformatora. U odnosu na prethodni tip ispravljača, Grecov spoj ima brojne prednosti jer koristi transformator sa dvostruko manje navojaka na sekundaru i diode sa dvostruko manjim probojnim naponom. Mana je upotreba četiri diode, ne zbog utroška materijala, već zbog dvostruko većeg pada napona na diodama i veće disipacije snage, odnosno zagrevanja. To je pogotovu nepovoljno kada se generišu mali jednosmerni naponi, jer se koeficijent korisnog dejstva ispravljača veoma smanjuje. Izvedba Grecovog spoja preko diskretnih komponenti. Srebrni prstenovi na diodama predstavljaju katode. Prema konvecniji o toku struje koju je uveo još Bendžamin Frenklin i koju danas koristi većina inženjera, uzima se da struja kroz provodnik od pozitivnog ka negativnom polu (takozvani tehnički ili pretpostavljeni smjer). U stvarnosti, slobodni elektroni u provodniku se skoro uvek kreću od negativnog ka pozitivnom polu. Međutim, za većinu primera u 63

70 elektrotehnici, potpuno je nevažan smer toka struje. Objašnjenje dole sledi Frenklinovu konvenciju. Rad Grecovog mosta u pozitivnoj poluperiodi (levo) i negativnoj poluperiodi (desno) U pozitivnoj poluperiodi, levi priključak mosta je na višem potencijalu od priključka na desnom kraju mosta, tj. napon (razlika potencijala) gledan od levog priključka ka desnom je pozitivan. Gornja leva dioda je direktno polarisana, pa provodi struju, dok je donja leva dioda inverzo polarisana, pa ne dozvoljava proticanje struje kroz nju. Gornja desna dioda je inverzno polarisana, pa ne dozvoljava elektronima prolaz kroz nju. Struja je prinuđena da teče iz priključka označenog sa + i da se vrati u Grecov spoj kroz priključak označen sa -. Kako je donja leva dioda, inverno polarisana, jedini put za struju je kroz donju desnu diodu nazad u izvor. U negativnoj poluperiodi, levi priljučak mosta je na nižem potencijalu od priključka na desnom kraju mosta, tj. napon gledan od levog priključka ka desnom je negativan. Sad je gornja desna dioda direktno polarisana, pa provodi struju, dok je donja desna dioda inverzo polarisana, pa ne dozvoljava proticanje struje kroz nju. Gornja leva dioda je inverzno polarisana, pa ne dozvoljava elektronima prolaz kroz nju. Struja je opet prinuđena da teče iz priključka označenog sa + i da se vrati u Grecov spoj kroz priključak označen sa -. Kako sada je donja desna dioda inverno polarisana, jedini put za struju je kroz donju levu diodu nazad u izvor. Struja u levoj strani mreže naizmenična, a u desnom ispravljena. U oba slučaja (u i pozitivnoj i u negativnoj poluperiodi), gornji priključak (označen sa +) ostaje na višem potencijalu, dok onaj donji (označen sa -) na nižem potencijalu. Ovo je tačno bez obzira da li je ulaz (levi) kraj naizmeničan ili jednosmeran, pa se ovo kolo ne koristi da se od naizmeničnog dobije jednosmerni napon, već da se uvede zaštita opreme od negativnog polariteta, npar kada se baterije postave naopačke ili se obrne smer priljučaka sa jednosmernog izvora. Pre nego što su intregisana kola bila dostupna, Grecov spoj se pravio od zasebnih dioda. Od 1950ih, Grecov spoj je dostupan u manjim pojedinačnim kućištima sa četiri priključka za različite naponske i strujne nivoe. 64

71 6.2. Sastaviti šemu prema sledećoj slici. Pratiti na dvokanalnom osciloskopu signale sa generatora signala i između tačaka A i B. Ucrtati signale u oscilogram. Odrediti minimalnu vrednost napona sa generatora signala za koju Grecov spoj počinje da provodi. B A 100Ω 65

72 66

73 VEŽBA 7. LED DIODE I OPTIČKI KABLOVI Vežba 7. Student (ime prezime, indeks): Datum: Pregledao: Ocena: 67

74 LED DIODE LED dioda odnosno svetleća dioda (LED- Light Emiting Diode) je posebna vrsta poluprovodničke diode koja emituje svetlost kada je propusno polarisana odnosno kada kroz nju protiče struja. Fotoni svetla se emituju prilikom rekombinacije para elektron šupljina. Takvo svojstvo imaju poluvodonici, galijum-fosfid (GaP), galijum-arsenid (GaAs), galijum-nitrit (GaN), galijum-arsenid-fosfid (GaAsP), cinkselenid (ZnSe), dijamant (C), aluminijum-nitrid (AlN), safir ( Al2O3), silicijum-karbid (SiC), itd. U kasnom devetnaestom veku, Henri Raund iz Markoni Labsa je prvi uvideo da poluprovodničke diode mogu emitovati svetlost. Rus Oleg Vladimirovič Losev nezavisno pravi prvu LED diodu sredinom dvadesetih godina prošlog veka; njegovo istraživanje, iako je objavljeno u ruskim, nemačkim i britanskim naučnim žurnalima, biva ignorisano godine, Rubin Braunstin iz američke radio korporacije prvi je dao izveštaje o infracrvenoj emisiji svetlosti galijum-arsenida (GaAs). Naučnici Teksas Instrumentsa, Bob Bajard i Gari Pitman, godine otkrili su da galijum-arsenid emituje svetlost kada ima električne struje, nakon čega su dali patent na infrecrvenu diodu. Nik Holonjak Junior iz Dženeral Elektrika prvi je pronašao vidljivi spektar svetleće diode. Boja emitovanog svetla zavisi od vrste poluprovodonika kao i od primesa u njemu, i varira od infracrvenog do ultraljubičastog svetla. Postoje i trepćuće LED diode koje su iste kao standardne ali sadrže mali čip koji ih podstiče da trepću, uglavnom u periodu od jedne sekunde. Ovaj tip LED dioda uglavnom se pravi u crvenoj, žutoj ili zelenoj boji. 68

75 Većina trepćućih LED dioda je u jednoj boji, premda postoje i multikolor trepćuće LED diode. LED dioda LED Tehnologija Kao i kod drugih dioda struja teče od P-strane, ili katode, ka N-strani, ili anodi, ali ne i u suprotnom smeru. Nosioci naelektrisanja elektroni i šupljine teku sa elektroda sa različitim naponima. Kada elektron naiđe na šupljinu, pada na niži energrtski nivo i oslobađa energiju u obliku fotona. struktura LED diode Radni parametri i efikasnost Većina tipičnih LED dioda je napravljena da radi sa ne više od mw električne snage godine Filips Lumileds izbacuje LED diode sposobne da se bezprekidno upotrebljavaju sa snagom od 1 W. Ove diode su imale mnogo veće poluprovodničke kalupe da bi izdržale veliku snagu. Takođe, poluprovodnik je bio povezan sa metalnom pločicom zbog boljeg hlađenja. 69

76 Jedna od najvećih prednosti upotrebe LED dioda je njihova velika efikasnost, merena kao odnos svetlosnog izlaza i ulazne snage. Bele LED diode brzo su preuzele primat nad inkadescentnim izvorima svetlosti godine Lumileds je napravio LED diodu od 5W sa efikasnošću od lumena po vatu. Poređenja radi, konvencionalna inkadescentna sijalica od 60 do 100 W proizvodi oko 15 lumena po vatu. Ipak treba imati na umu da fluorescentne svetiljke proizvode do 100 lumena po vatu. Prednosti i mane LED dioda Neke od prednosti LED dioda su: LED diode proizvode više svetlosti po vatu od inkadescentne sijalice; ovo je korisno zbog štednje energije LED diode mogu emitovati svetlost različitih boja bez upotrebe kolor filtera koji zahtevaju tradicionalne sijalice, tako da ovo umanjuje inicijalne troškove LED diode mogu biti dizajnirane tako da im je svetlost precizno usmerena za razliku od fluorescentnih i inkadescentnih koje zahtevaju eksterni reflektor LED diode imaju veoma dukačak vek trajanja LED diode se veoma brzo pale; tipična crvena LED dioda dostiše pun sjaj u mikrosekundama a LED diode koje se koriste u komunikacionim uređajima imaju još brže vreme odziva LED diode ne sadrže živu, kao kompaktne fluorescentne lampe Nedostaci LED dioda: LED diode su trenutno skuplje nego konvencionalne svetlosne tehnologije rad LED dioda zavisi u mnogome od temperature sredine LED diode moraju biti napojene tačnom strujom 70

77 LED diode ZADATAK: 7.1. Povezati ponuđene LED diode iz seta komponenti i obrazložiti kako se menja njihova jačina svetlosti i od čega zavisi. ZAKLJUČAK: 71

78 OPTIČKI KABLOVI PRENOS INFORMACIJA OPTIČKIM VLAKNOM Svaki komunikacioni sistem se u osnovi sastoji od: IZVORA informacija koje treba preneti, PRENOSNOG MEDIJUMA kroz koji se informacija prenosi i KORISNIKA, kome su te informacije potrebne. PRENOSNI MEDIJUM može biti slobodan prostor (radio prenos, govor, laserski zrak), žica (telefon) ili optičko vlakno. Tokom prenosa informacija najčešće nije u osnovnom obliku u kome se proizvodi i konačno koristi, već je na odgovarajući način transformisana za potrebe prenosa. PREDAJNIK (Transmitter) je sredstvo za prilagođenje informacije prenosnom medijumu a PRIJEMNIK (Receiver) sredstvo za njeno vraćanje u prvobitni ili neki drugi koristan oblik. Verovatno jedini komunikacioni sistem kome odgovara blok šema na prvoj gornjoj slici (bez predajnika i prijemnika) je direktan razgovor osobe. Svetlovodne ili fiberoptičke komunikacije se karakterišu svojim prenosnim medijumom - optičkim vlaknom, svetlovodom ili "fiberom". 72

79 "Fiber" (fiber) je engleski izraz koji znači - "vlakno", i često se nepravilno koristi u izrazima tipa - "fiberoptičko vlakno". Osnovna uloga svetlovoda je da svetlost, koja se inače u slobodnom prostoru prostire pravolinijski, vodi od predajnika do prijemnika proizvoljnom putanjom uz što manje gubitke. Skretanje svetlosti unutar optičkog vlakna je u stvari odbijanje o unutrašnje zidove vlakna. Predajnik optičkog komunikacionog sistema je IZVOR SVETLOSTI (Optical Source) čiji se intenzitet menja pod uticajem signala koji nosi informaciju. U daleko najvećem broju slučajeva izvor se moduliše digitalnim signalom tako što se svetlost jednostavno pali i gasi! Najnapredniji predajnik u optičkim komunikacijama se suštinski ne razlikuje od baterijske lampe kojom se šalje poruka Morzeovom (Morse) azbukom! Osnovni element prijemnika optičkog komunikacionog sistema je FOTOOSETLjIVI ELEMENT (Photo-detector), kojim se promena svetlosti pretvara u električni signal pogodan za dalju obradu. Uloga prijemnika je, u principu i u praksi, da na izlazu da logičku npr. jedinicu kad je izvor svetlosti u predajniku uključen i logičku nulu, kad je izvor svetlosti ugašen. 73

80 ZADATAK: 7.2. Spojiti Generator signala sa osciloskopom pomoću optičkog kabla, i na oscilogramu ucrtati tri vrste signala koje ste generisali sa Generatora signala. 74

81 VEŽBA 8. TRANZISTORI Vežba 8. Student (ime prezime, indeks): Datum: Pregledao: Ocena: 75

82 Bipolarni tranzistori Sama reč "tranzistor" nastala je sažimanjem reči TRANSfer-resISTOR, koje na engleskom jeziku znače "prenosna otpornost". Može se, s pravom, reći da je elektronska revolucija započela pronalaskom bipolarnih tranzistora godine. Do tada su se poluprovodnici koristili samo za termistore, fotodiode i ispravljače godine Šokli je publikovao teoriju o radu poluprovodničkih dioda i bipolarnih tranzistora i od tog trenutka počinje nagli razvoj kako teorijskih istraživanja, tako i industrijske proizvodnje ovih komponenata. Zahvaljujući intenzivnom napretku tehnologije povećala se, znatno, pouzdanost, snaga, granična učestanost i primena bipolarnih tranzistora. Bipolarni tranzistor se sastoji od dva p-n spoja,. Međutim, naglašava se da ti p-n spojevi moraju da budu u jednoj poluprovodničkoj komponenti - tranzistor se ne može, dakle, dobiti jednostavnim spajanjem dva p-n spoja (dve diode); osnovno svojstvo tranzistora sastoji se baš u tome da između tih p-n spojeva postoji uzajamno dejstvo - strujom jednog spoja može se upravljati struja drugog p-n spoja. U zavisnosti od toga koga je tipa srednja oblast, koja se zove baza, razlikuju se p-n-p (nadalje će se označavati sa PNP) i n-p-n (NPN) tranzistori. Oblast tranzistora iz koje se u bazu injektuju nosioci naelektrisanja predstavlja emitor, a oblast u koju ekstrakcijom iz baze dolaze nosioci zove se kolektor. Bipolarni tranzistor je komponenta sa tri elektrode, koja poseduje pojačavačko svojstvo u smislu da male promene signala izmedju ulazne i referentne elektrode, dovode do velikih promena signala imeđu izlazne i referentne elektrode. Konstrukcija tranzistora je izvedena tako što su dva komada poluprovodnika istog tipa, koji se zovu emitor i kolektor, spojena poluprovodnikom suprotnog tipa, koji se naziva baza. Kristalna rešetka je jedinstvena. Postoje dve vrste tranzistora: - PNP (P emitor, N baza, P kolektor) i - NPN (N emitor, P baza, N kolektor), kao što pokazuje slika 8.1. Veza tranzistora sa okolinom se ostvaruje preko omskih kontakata metalpoluprovodnik za svaku elektrodu. 76

83 Slika 8.1. Konstrukcija i simbol tranzistora (a) NPN tipa, (b) PNP tipa. Aktivni režim rada tranzistora Pojačavačka svojstva tranzistora se izrazito ispoljavaju pri radu u aktivnom režimu, koji se postiže direktnom polarizacijom emitorskog i inverznom polarizacijom kolektorskog spoja. Raspodela struja u tranzistoru Rad tranzistora je odredjen njegovom konstrukcijom preko izbora geometrije i koncentracije nečistoča sa jedne strane i polarizacijom kroz polaritet i intenzitet primenjenih napona, sa druge strane. S tim u vezi za tranzistor koji radi u aktivnom režimu izvršiće se analiza raspodele struja pod sledećim pretpostavkama: A. emitor je najjače dopiran, baza najslabije, a kolektor jače od baze ali slabije od emitora; B. dužina baze definisana kao najbliže rastojanje izmedju emitorskog i kolektorskog spoja, je dovoljno mala. Smisao i opravdanost ovih pretpostavki će biti obrazloženi kroz dalja izlaganja. Na slici 8.2. su pokazani struktura i tok slobodnih mosilaca naelektrisanja u tranzistoru. Spoj emitor-baza je direktno polarisan, pa stoga propušta glavne nosioce. To su elektroni iz emitora koncentracije ne, koji čine struju INE i šupljine iz baze koncentracije pb, koje čine struju IPE. 77

84 Slika 8.2. Tok nosilaca i struje u bipolarnom tranzistoru polarizovanom za aktivni režim rada Zbir struja, koje ulaze i izlaze iz emitora, mora biti nula. Stoga, prema usvojenom pozitivnom smeru na slici 8.2 ukupna emitorska struja ima vrednost: Strujno-naponska karakteristika tranzistora Struje tranzistora su odredjene njegovom konstrukcijom i polaritetom i intenzitetom primenjenih napona. Ovi faktori diktiraju raspodelu koncentracija slobodnih nosilaca u tranzistoru, koja definiše njegove strujno-naponske karakteristike. U tom smislu, na slici 8.3 je isprekidanom linijom nacrtana raspodela koncentracija slobodnih nosilaca naelektrisanja u tranzistoru bez priključenih baterija za polarizaciju pod pretpostavkom da je emitor dopiran najjače, a baza najslabije. Nivoi sporednih nosilaca su odredjeni prema zakonu termodinamičke ravnoteže. Ako se tranzistor polariše, glavni nosioci prolaze kroz direktno polarisan emitorski spoj. Šupljine prelaze u emitor, a elektroni u bazu. Time se u bazi na ivici oblasti prostornog tovara na emitorskom spoju, stvara koncentracija sporednih nosilaca: Izračunata raspodela koncentracija slobodnih nosilaca u tranzistoru dopušta izračunavanje zavisnosti kolektorske struje tranzistora od napona direktne polarizacije spoja baza-emitor. Zanemarivanjem inverzne struje zasićenja, kolektorska struja se svodi na struju elektrona koji dolaze iz 78

85 emitora i prolaze kroz bazu. Njihov gradijent koncentracije je približno konstantan: Precizno gledano, ovaj gradijent nije konstantan jer je koncentracija sporednih nosilaca u bazi eksponencijalna zbog smanjenja njihovog broja usled rekombinacije. Slika 8.3. Raspodela koncentracijaslobodnih nosilaca u tranzistoru koji radi u aktivnom režimu (puna linija) i slučaj bez polarizacije Električni model tranzistora Na osnovu izlaganja u prethodnom odeljku sledi da se, posmatrano izmedju kolektora i emitora, tranzistor može opisati strujnim izvorom koji je zavisan od vrednosti napona vbe između baze i emitora. Time se električno modelira prethodna formula. 79

86 Slika 8.4. Električni model NPN i PNP tranzistora za rad u aktivnom režimu. Pri radu tranzistora u aktivnom režimu izmedju baze i emitora se nalazi direktno polarisan PN spoj. U prethodnom odeljku je pokazano da je zbir bazne i kolektorske struje jednak emitorskoj struji i uvedeno je strujno pojačanje β kao količnik kolektorske i bazne struje. Koristeći ove rezultate, tranzistor se izmedju baze i emitora može opisati eksponencijalnom strujno-naponskom karakteristikom dobijenom deljenjem određenih izraza sa β. Što se tiče direktnog prenosa između baze i kolektora, ako se zanemari inverzna struja zasićenja kolektorskog spoja, on ne postoji jer je kolektorski spoj inverzno polarisan. Na osnovu prethodnih zaključaka nacrtan je model tranzistora na slici 8.4. Isprekidanom linijom je ucrtana izlazna otpornost ri koja modelira Erlijev efekat, odnosno pokazuje kako se menja struja kolektora sa promenom napona na kolektoru kada je napon između baze i emitora konstantan. Da bi električni model bio korektan, potrebno je napon vbe, struju baze i strujnog izvora orijentisati kao na slici 8.4. jer to odgovara načinu rada tranzistora, pošto porast napona vbe, dovodi do porasta struje kolektora. To znači da su smerovi napona vbe i struje strujnog izvora vezani smerovi. Uočiti da je strujni izvor zavisan od struje baze. Izvedeni model tranzistora vredi za ukupne trenutne vrednosti napona i struja. Za njegovu primenu je bitno poznavati zavisnosti strujnog pojačanja od radnih uslova tranzistora. Obično se uzima da je strujno pojačanje približno konstantno, ali se ima u vidu da na njega utiču veličina kolektorskog napona i struje, kao i temperature. Pri porastu napona inverzne polarizacije kolektorskog spoja i konstantnom naponu baza-emitor, povećava se širina oblasti 80

87 prostornog tovara što dovodi do smanjenja efektivne širine baze. Kao rezultat, raste gradijent koncentracije sporednih nosilaca u bazi, raste kolektorska struja. Isti uzrok neznatno menja intenzitet rekombinacije u bazi. Stoga je promena bazne struje neznatna. Sledi da porast kolektorskog napona dovodi do porasta β. Slika 8.5. pokazuje da strujno pojačanje raste sa povećanjem temperature. To se dešava zbog povećanja sopstvene energije slobodnih nosilaca, što smanjuje rekombinaciju u bazi i dovodi do povećanja transportnog faktora, odnosno povećanja β. Na istoj slici se uočava da pri malim i pri velikim strujama kolektora β opada. Slika 8.5. Zavisnost strujnog poja čanja β od intenziteta kolektorske struje i temperature 81

88 Tipovi tranzistora Tranzistori u plastičnim kućištima: Tranzistori u metalnim kućištima: Kućišta sa više tranzistora: 82

89 Tranzistori snage: RF Tranzistori: 83

90 ZADATAK 1: Na slici su prikazani neki tipovi tranzistora, identifikuj nožice na tim tranzistorima: ZADATAK 2: U koju kategoriju pripadaju tranzistori na slici: a) b) c) d) e) ZADATAK 3: PROVERA ISPRAVNOSTI TRANZISTORA: Digitalni multimetar se može iskoristiti tako da se na brz i jednostavan način proveri da li su spojevi trazistora otvoreni ili kratko spojeni. Za ovaj test možemo posmatrati tranzistor kao spoj dve diode, i za PNPiI za NPN tranzistore. Spoj baza-kolektor je jedna dioda i spoj baza-emiter je druga dioda. Ispravna je ona dioda koja će pokazati jako veliki otpor (otvorena dioda) kada je dioda inverzno polarisana i jako mali otpor kada je dioda direktno polarisana. 84

91 Neispravna otvorena dioda će pokazati jako veliki otpor i za direktnu i za inverznu polarizaciju. Neispravna kratko spojena dioda će pokazati otpor nula ili jako mali otpor za direktnu i inverznu polarizaciju. Mnogi digitalni multimetri imaju položaj preklopnika za testiranje dioda koji omogućavaju sprovođenje testa za ispravnost tranzistora. Kada je multimetar postavljen u položaj za testiranje dioda on omogućava unutrašnji napon koji je dovoljan za inverznu i direktnu polarizaciju tranzistorskih spojeva. Mnogi multimetri imaju različit unutrašnji napon, ali 2,5 V do 3,5V je tipičan opseg vrednosti napona. Stanje kada je tranzistor ispravan. Na slici 8.6, crvena (pozitivna ) buksna instrumenta je spojena na bazu NPN tranzistora, a crna (negativna ) buksna je spojena na emiter tako da je spoj baza emiter direktno polarisan. Ako je spoj dobar na multimetru se očitava napon izmeu 0,5 V i 0,9 V, dok je napon od 0,7 V tipičan napon za direktnu polarizaciju. Na slici 8.7 buksne su zamenile mesta tako da je spoj bazaemiter inverzno polarisan. Ako tranzistor radi ispravno, na multimetru se dobje očitanje napona koga stvara unutrašnji izvor napona. Napon od 2,6 V predstavlja tipičnu vrednost koja pokazuje da spoj ima jako veliki otpor. Slika 8.6. Direktno polarizovan spoj baza-emiter emiter Slika 8.7. Inverzno polarizovan spoj baza- Postupak za proveru spoja baza-kolektor se ponavlja kao što je prikazano na slikama 8.8 i 8.9. Za PNP tranzistor polaritet buksni je inverzan za svaki test. 85

92 Slika 8.8. Direktno polarizovan spoj baza-kolektor kolektor Slika 8.9. Inverzno polarizovan spoj baza- Stanje kada je tranzistor neispravan. Kada tranzistor ima grešku da je spoj otvoren, tada se dobija napon otvorenog kruga ( 2,6 V je tipični napon za mnoge multimetre) i za direktnu i inverznu polarizaciju tog spoja kao što je prikazano na slici Ako je spoj kratko spojen multimetar će pokazati 0V za direktnu i inverznu polarizaciju tog spoja, kao što je prikazano na slici Ponekad oštećeni spoj može imati mali otpor za obe polarizacije spoja umesto čiste nule. U tom slučaju, multimetar će pokazati mali napon koji je manji od napona za otvoren krug. Na primer, takav spoj tranzistora će dati očitanje na instrumentu od 1,1 V za obe polarizacije umjesto 0,7 V za direktnu polarizaciju i 2,6 V za inverznu polarizaciju. Za PNP tranzistor polaritet buksni je inverzan za svaki test. 86

93 Slika Neispravan transistor ptekid B-E ili B-C Slika Neispravan transistor ktatak spoj B-E ili B-C Provera ispravnosti tranzistora sa Ommetrom. Digitalni multimetri koji nemaju mogućnost provere tranzistora sa testom za diode mogu se upotrebiti za testiranje da li su spojevi tranzistora otvoreni ili kratko spojeni, postavljanjem multimetra u funkciju za mjerenje otpora.za direktno polarisani PN spoj kod dobrog tranzistora dobiće se otpor koji se kreće od nekoliko stotina oma do nekoliko hiljada oma ( ovaj otpor će zavisiti od baterije koja se nalazi u instrumentu). Za inverzno polarisan PN spoj kod ispravnog tranzistora dobiće se otpor koji je izvan opsega ( beskonačan otpor). Ako je otpor izvan opsega to znači da je inverzni otpor veoma veliki., kao što i očekujemo. Ako je otpor nekoliko stotina ili nekoliko hiljada oma za direktnu polarizaciju spoja to znači da je otpor mali u poređenju sa otporom inverzno polarisanog spoja 87

94 3.1. Ispitati ispravnost datih tranzistora digitalnim multimerom za proveru dioda: 3.2. Ispitati ispravnost datih tranzistora merenjem otpora ommetrom: 88

95 VEŽBA 9. TRANZISTORI Vežba 9. Student (ime prezime, indeks): Datum: Pregledao: Ocena: 89

96 Bipolarni tranzistori Karakteristike tranzistora U grafičkom modelu tranzistor se može predstaviti kao dvodimenzijalni prikaz tj. Odnos dve promenljive pri čemu se ostale dve uzimaju kao konstante. Ulazna karakteristika tranzistora Izlazna karakteristika tranzistora 90

97 Prenosna karakrerisitka tranzistora Oblasti rada tranzistora Bipolarni tranzistor može da radi u tri stanja: - zakočenje - ne teče struja Ic - tranzistor praktično ne radi emitorski i kolektorski spoj su inverzno polarisani. - aktivni režim - teče struja IC i proporcionalna je ulaznoj struji IC = β IB - emitorski spoj je direktno polarisan, a kolektorski spoj je inverzno polarisan. - zasićenje - teče kolektorska struja, ali ona nije funkcija bazne struje, pa nema tranzistorskog efekta, kolektorski napon ne može biti veći od napona zasićenja UCES < 0,5 V - emitorski i kolektorski spoj su direktno polarisani. 91

98 Oblasti rada tranzistora u spoju sa zajedničkim emitorom Primena bipolarnih tranzistora Danas, upotreba bipolarnih tranzistora je potisnuta u korist CMOS tehnologije u dizajnu integrisanih kola. Ipak, bipolarni tranzistori ostaju uređaj koji je bolji u nekim kolima, kao što su diskretna kola, zbog velikog izbora tipova bipolarnih tranzistora i znanja o njihovim karakteristikama. Oni su takođe koriste za analogna kola, bilo diskretna ili integrisana. Ovo se posebno odnosi na primene na visokim učestanostima, kao što su kola na radio-učestanostima za bežične mreže. Bipolarni tranzistori se mogu kombinovati sa MOSFET tranzistorima u integrisano kolo koristeći BiCMOS proces da se dobije novo kolo koje će uzeti najbolje karakteristike oba tipa tranzistora. Tranzistori sa efektom polja FET (field effect transistors) FET-ovi su tranzistori koji se sastoje od po dve oblasti p ili n tipa poluprovodnika između kojih se nalazi oblast (kanal) suprotnog tipa. Zavisno od toga da li je kanal n ili p tipa, razlikuju se n kanalni i p kanalni FET-ovi. N-kanlni I P-kanalni FET Sa G je označen priključak koji se naziva gejt (analogan bazi kod bipolarnog tranzistora), D predstavlja drejn, a S sors (analogni kolektoru i emitoru). 92

99 Struktura tranzistora sa efektom polja Kanal je napravljen od poluprovodnika N tipa čiji su krajevi drejn i sors, na drugim stranama kanala oformljena su područja P tipa koja su dosta dopirana u odnosu na kanal i s njim obrazuju PN spoj a celo to područje se naziva gejt tj. upravljačka elektroda.kada se dovede spoljni napon UDD tada će kroz kanal početi da protiče struja većinskih nosilaca naelektrisanja (elektrona). Elektroni ulaze u kanal kroz sors(izvor) elektrodu a izlaze kroz drejn(ponor) elektrodu. Ako se na G elektrodu dovede negativan napon u odnosu na napon na elektrodi S doći će do širenja PN spojeva jer su oni polarizovani u inverznom smeru i to širenje će se prostirati u područje kanala. Pri ovim uslovima se smanjuje vodljiva širina kanala i raste njegova otpornos a samim tim opašće struja kroz njega. Naziv efekat polja trnzistor je dobio jer su osiromašena područja u kanalu rezultat delovanja električnog polja na inverzno polarisanim PN spojevima,upravljačka elektroda-kanal. Ovakve tranzistore zovu jos I unipolarni jer struju čine samo jedan tip nosilaca naelektisanja elektroni kod N kanalnog FET-a ili šupljine kod P knalanog FET-a. Karakteristike FET tranzistora Kod unipolarnih tranzistora daju se samo izlazne karakteristike I predstavljaju sledeću zavisnost ID = f (VDS ), VGS = const. 93

100 Izlazne karakterisitke N kanalnog FET-a (Teorijske) Pri manjim naponima VDS tranzistor se nalazi u tako zvanoj omsokoj oblasti u području ne zasićenjai I karakteristika mu je linearna što se moze videti na grafiku izlaznih karakteristika. Daljim povećavanjem napona drejna dolazi do prelaza u stanje zasićenja. Bitno je reći I da kad je napon Izmedju drejna I sorsa VGS dovoljno negativan da skroz zatvori kanal tranzistor dolazi u stanje zakočenja tj. u neprovodno stanje. 94

101 Izlazne karakterisitke N kanalnog FET-a (realne) Primena FET tranzistora Tranzistori sa efektom polja su našli najveću primenu u pojačavačima zbog svojih odličnih karakteristika ali koriste se I u ostalim oblastima naročito u digitalnoj elektronici. 95

102 ZADATAK Tranzistor kao prekidač sa dva logička nivoa Simulirati ili spojiti šemu kao na slici Potrebni elementi: Izvor napona V2 5V Otpornik R -1kΩ NPN tranzistor Q1 NPN Indikator 12 V, 60 mw Baterija V1-12V Kada je prekidač u poziciji kao na slici na ulazu imamo logički nivo 1, ili 5V. U suprotnom položaju na ulazu imamo logičku 0, odnosno 0V. U stvari, tranzistor se ponaša kao mehanički prekidač. Kada je logički nivo 1 prekidač (tranzistor) je zatvoren a kada je logički nivo 0 prekidač (tranzistor) je otvoren. 96

103 Popuniti tabelu : Ulaz Indikator (uključen, isključen) Napn na Napon na tranzistoru (V) indikatoru (V) Logička 0 Logička 1 97

104 98

105 VEŽBA TAJMER NE Vežba 10. Student (ime prezime, indeks): Datum: Pregledao: Ocena: 99

106 TIMER timer IC je integrisano kolo ( čip ) kojeg je dizajnirao Hans R. Camenzind 1970 godine. Još uvjek je u širokoj upotrebi zahvaljujući jednostavnosti upotrebe, niske cijene i dobre stabilnosti. Od 2003 godine procjenjuje se da je 1 milijarda jedinica proizvedena svake godine. Slika1. Izgled tajmera 555 Slika 2. Dijagram izlaza 1 - GND masa, 0V 2 - TRIG OUT raste, interval počinje, kada ovaj ulaz padne ispod 1/3 Vcc 3 - OUT povezuje se sa +Vcc ili GND 4 - RESET vrši resetovanje tajmera ako se spoji na masu. Kad se ne koristi treba ga spojiti na Vcc 5 - CTRL "Control" pristupa internom naponskom razdelniku ( odsustvom 2/3 Vcc ) 6 - THR interval se završava kada je napon THR veći od CTRL 7 - DIS otvara izlaz kolektora; prazni kondezator između intervala 8 - Vcc, V+ pozitivno snabdevanje naponom je obično između 3 i 15 V 555 timer IC ima tri operativna moda: - monostabilni mod, - astabilni mod i - bistabilni mod. 100

107 ASTABILNI MULTIVIBRATOR Slika 3. Standardno 555 astabilno kolo U astabilnom režimu tajmer 555 gasi kontinuirani tok pravougaonih impulsa imajući određenu frekvenciju. Slika 4. Izlazni signal i rad kondenzatora U astabilnom režimu frekvencija toka impulsa zavisi od vrednosti R1, R2 ic i izračunava se formulom: 101

108 ( 1 ) Vreme trajanja Tm ( high ) određujemo formulom:..( 2 ) Vreme trajanja Ts ( low ) određujemo formulom:...( 3 ) PRORAČUN ZADATKA Formule 1, 2 i 3 napisaćemo u obliku koji je praktičniji za proračun. f = 1,4/( R1 + 2R2 ) C.. ( 1* ) pošto je T = 1/ f.. ( 4 ) onda je T = 0,7 ( R1 + 2R2 ) C.. ( 1** ) Tm = 0,7 ( R1 + R2 ) C.. ( 2* ) Ts = 0,7 R2 C. ( 3* ) T = Tm + Ts. ( 5 ) 1. Ako uzmemo da se frekvencija kreće od f 1 = 50 Hz do f 2 = 1KH onda dobijamo da je T1 = 0,02s, a T2 = 0,001s. 2. Ako uzmemo odnos Tm: Ts = 3:1, tj. da je radni ciklus 75%, onda je T1s = 0,005s, a T1m = 0,015s, slično bi dobili vrijednosti za T2s i T2m. 102

109 3. Predpostavljamo vrednost kondezatora C[ F ], za početak uzmimo da je C = 10µF 4. Iz ( 3* ) dobija se R2' = Ts / 0,7 C = = 714,2Ω, tj. za R2'' = 357.1Ω 5. Iz ( 2* ) dobija se R1' = Tm/ 0,7 C R2' = = 1,42KΩ, tj. za R1'' = 714,2Ω Primećujemo da nije zadovoljen uslov 1K ( R1, R2 ) 1M ( * ) pa umjesto C = 10µF uzimam da je C = 1µF, pa se onda dobijaju rezultati ( 10 puta veći ): R2' = 7,142KΩ i R1' = 14,284KΩ tj. R2'' = 3,571KΩ i R1'' = 7,142KΩ čime dolazimo u traženi opseg ( * ). Za variranje frekvencije s obzirom na R1 1k uslov ( * ) u kolo treba ubaciti granu kao na slici 5. P1 13.3k Slika 5. Grana sa potenciometrom Šema koja zadovoljava tražene uslove dobija oblik kao na slici 6, s tim što umesto otpornika R1 treba ubaciti granu sa potenciometrom sa slike 5, a umesto " device " redno vezanu LED diodu ( sa zaštitnim otporom ). 103

110 ZADATAK: Napraviti oscilator promenljive učestanosti sa tajmerom 555. Jednim potenciometrom treba da se menja učestanost od nekoliko Hz do nekoliko KHz. Na izlaz tajmera treba postaviti LED radi praćenja niskih učestanosti ( kada radi kao migavac ) i jedan zvučnik radi praćenja visokih učestanosti ( kada radi kao generator tona ). Slika 6. Šema zadatka 104

111 Na stranici pogledati softversku animaciju ovog zadatka. 105