Μάθηµα 1ο Μέρος 1ο. Ανάλυση Κυκλωµάτων DC ΑΝΑΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ

Transcript

1 Μάθηµα 1ο Μέρος 1ο Ανάλυση Κυκλωµάτων DC ΑΝΑΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ 1

2 Σκοπός του µαθήµατος Εισαγωγή στις ηλεκτρονικές διατάξεις µε στόχο την απόκτηση αναλυτικής ικανότητας στα θέµατα αυτά. Απόκτηση απαραίτητων βασικών γνώσεων για επόµενα µαθήµατα (πχ Μηχανοτρονική)

3 Διάρθρωση του µαθήµατος Δίοδοι και κυκλώµατα Διπολικά τρανζίστορ και συνδεσµολογίες Άλλα τρανζίστορ Τελεστικοί ενισχυτές Ψηφιακές πύλες και συνδυαστική λογική

4 Πρόγραµµα µαθήµατος Θεωρία Τρίτη 9:15-11:00 Αίθουσα A11 Ασκήσεις Τρίτη 11:15-12:00 Αίθουσα Α1 Εργαστήρια Δευτέρα 9:00-12:00 Εργαστήριο ΥΚ-ΔΠΘ

5 Προτεινόµενα συγγράµατα Βιβλίο [ ]: Ηλεκτρονική, 7η Έκδοση, Malvino A., Bates D. Βιβλίο [ ]: Εγχειρίδιο ηλεκτρονικής, Kaufman Milton,Seidman Arthur H. Βιβλίο [ ]: ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ, ΧΑΡΙΤΑΝΤΗΣ ΓΙΑΝΝΗΣ

6 Επικοινωνία Ιστοσελίδα µαθήµατος στην πλατφόρµα Επικοινωνία µε το διδάσκοντα: Ώρες φοιτητών Τετάρτη 10:00-12:00

7 ΟΡΙΣΜΟΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ Η ηλεκτρονική ο τεχνολογικός κλάδος που µελετά την λειτουργία και την εφαρµογή κυκλωµάτων και συσκευών που λειτουργούν µε τον έλεγχο ροής ηλεκτρονίων και άλλων ηλεκτρικά φορτισµένων σωµάτων, σε συσκευές από ηµιαγωγούς, αγωγούς, κενό, αέρια, κλπ. ΑΝΑΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ 7

8 ΟΡΙΣΜΟΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ Η θεωρητική µελέτη τέτοιων συσκευών είναι επιστηµονικός κλάδος που εντάσσεται στη φυσική, αλλά η πρακτική τους εφαρµογή, δηλαδή η σχεδίαση ηλεκτρονικών κυκλωµάτων και η κατασκευή τους για επίλυση πρακτικών προβληµάτων, ανήκει στην τεχνολογία. ΑΝΑΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ 8

9 ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ Η σχεδίαση ηλεκτρονικών κυκλωµάτων Διαδικασία επιλογής ηλεκτρονικών εξαρτηµάτων Τρόπος διασύνδεσης ηλεκτρονικών εξαρτηµάτων Λειτουργούν σύµφωνα µε τις ανάγκες επίλυσης ενός προβλήµατος ΑΝΑΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ 9

10 ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΜΕΓΕΘΗ Για µια συγκεκριµένη χρονική περίοδο που έχει περάσει κατά τη διάρκεια µετακίνησης των ηλεκτρονίων, το ηλεκτρικό ρεύµα Ι ορίζεται σαν η ταχύτητα µεταβολής του φορτίου σε σχέση µε το χρόνο: I = ΔQ Δt ΑΝΑΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ 10

11 ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΜΕΓΕΘΗ Η ενέργεια ορίζεται ως η ικανότητα για παραγωγή έργου. Η µονάδα ενέργειας είναι το joule (J) και συµβολίζεται µε το W. Για την µετακίνηση 1Cb φορτίου (x-y) χρειάζεται 1J ενέργειας, οπότε µεταξύ αυτών υπάρχει διαφορά δυναµικού 1V: V xy = ΔW ΔQ V xy = V x V y ΑΝΑΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ 11

12 ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΜΕΓΕΘΗ Η ισχύς (Ρ) ορίζεται σαν η ταχύτητα µεταβολής της ενέργειας ή του έργου σε σχέση µε το χρόνο: P = ΔW Δt W (joule/sec) P = VI ΑΝΑΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ 12

13 ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΜΕΓΕΘΗ Αντίσταση ονοµάζεται η δυσκολία διέλευσης του φορτίου µέσα από το υλικό R = L ρ Α R (Ω), ρ (Ω m), L(m), A(m m) ΑΝΑΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ 13

14 ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΜΕΓΕΘΗ Αγωγιµότητα είναι το αντίστροφο της αντίστασης και συµβολίζεται µε το γράµµα G. Η αγωγιµότητα είναι δηλώνει την ικανότητα του υλικού να άγει τον ηλεκτρισµό G 1 1 = = R R S (siemens) L σ = 1 R = G = ρ σa σa L ΑΝΑΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ 14

15 ΕΙΔΙΚΕΣ ΑΝΤΙΣΤΑΣΕΙΣ ΥΛΙΚΟ ΕΙΔΙΚΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ Αλουµίνιο 2,83 x 10-8 Αντιµόνιο 4,17 x 10-7 Πλαστικές ρητίνες/βακελίτης 1 x Άνθρακας 3,5 x 10-8 Χαλκός 1,7 x 10-8 Γυαλί 1 x Χρυσός 2,4 x 10-8 Μίκα 1 x Πυρίτιο 1,3 x ΑΝΑΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ 15

16 ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΜΕΓΕΘΗ Σύµφωνα µε το νόµο του Ohm η τάση V στα άκρα µιας αντίστασης R είναι ανάλογη µε το ρεύµα που διέρχεται µέσα από την αντίσταση: V = RI ή I = V R 1 R= G I = V G ΑΝΑΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ 16

17 ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΜΕΓΕΘΗ Η κατανάλωση ισχύος σε µία αντίσταση είναι συνάρτηση του ρεύµατος Ι: P = V I = I 2 R = 2 I G P = V R 2 = V 2 G ΑΝΑΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ 17

18 ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ Η µονάδα θερµοκρασίας στο SI είναι kelvin (K) επιτρέπεται όµως και σε βαθµούς Κελσίου ( ο C). Από Κελσίου ( ο C) Kelvin (K) Fahrenheit ( ο F) Rankine ( ο R) ο C ,15 (9/5) ο C + 32 (9/5) ο C + 491,57 ο K - 273,15 1 (9/5) ο K - 495,67 (9/5) ο K ο F (5/9)( ο F 32) (5/9) ο F + 255, ,67 ο R (5/9) ο R 273,15 (5/9) ο R - 459,67 1 ΑΝΑΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ 18

19 ΙΣΟΔΥΝΑΜΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ R = R + R + R +! + EQ R n ΑΝΑΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ 19

20 ΙΣΟΔΥΝΑΜΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ R EQ = 1 1 R1 + 1 R2 + 1 R3 +! + 1 R n ΑΝΑΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ 20

21 ΠΟΡΙΣΜΑ JOERG Αν µία αντίσταση R είναι παράλληλα µε µία άλλη τιµής 1/n του R, τότε η ισοδύναµη αντίσταση είναι: R R EQ = 1 + n R total = R A R B = R R A A R + R B B ΑΝΑΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ 21

22 ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΕΙΣ 1) Ιδανική προσέγγιση ή προσέγγιση πρώτου βαθµού 2) Προσέγγιση δευτέρου βαθµού 3) Προσέγγιση τρίτου βαθµού και πάνω ΑΝΑΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ 22

23 ΧΡΩΜΑΤΙΚΟΣ ΚΩΔΙΚΑΣ ΑΝΑΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ 23

24 ΤΙΜΕΣ ΑΝΤΙΣΤΑΣΕΩΝ = 10ΚΩ ±5% : ±500 Ω 9,5-10,5 ΚΩ = 1,5ΚΩ ±5% : ±75 Ω 1,425-1,575 ΚΩ ΑΝΑΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ 24

25 ΠΡΟΤΥΠΗ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΑΝΑΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ 25

26 ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΕΙΣ ΑΝΑΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ 26

27 ΠΗΓΕΣ ΤΑΣΗΣ (1) ΑΝΑΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ 27

28 ΠΗΓΕΣ ΤΑΣΗΣ (2) Έχουµε σταθερή τάση, όταν η αντίσταση φορτίου είναι επαρκώς µεγάλη ΑΝΑΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ 28

29 ΠΗΓΕΣ ΡΕΥΜΑΤΟΣ Έχουµε σταθερό ρεύµα, όταν η αντίσταση φορτίου είναι σχετικά µικρή ΑΝΑΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ 29

30 ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΠΗΓΩΝ Ποσότητα Πηγή τάσης Πηγή ρεύµατος R S Τυπικά µικρή Τυπικά µεγάλη R L Μεγαλύτερη από 100 R S Μικρότερη από 0,01 R S V L Σταθερή Εξαρτάται από την R L I L Εξαρτάται από την R L Σταθερή ΑΝΑΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ 30

31 ΘΕΩΡΗΜΑ THEVENIN ΑΝΑΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ 31

32 ΘΕΩΡΗΜΑ NORTON ΑΝΑΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ 32

33 ΙΣΟΔΥΝΑΜΙΕΣ ΘΕΩΡΗΜΑΤΩΝ ΑΝΑΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ 33