Predavanje VII. II semestar (2+1+1) Nastavnik: Prof. dr Dragan Pantić, kabinet 337

Predavanje VII II semestar (2+1+1) Nastavnik: Prof. dr Dragan Pantić, kabinet 337 dragan.pantic@elfak.ni.ac.rs

Polaganje ispita Ocena maksimalan broj poena je 100 Predispitne obaveze Završni ispit Aktivnost u toku predavanja 5 Pisani deo ispita 25 Domaći zadaci, testovi,... 5 Usmeni deo ispita 25 Laboratorijske vežbe 10 Kolokvijum I Kolokvijum II 15 15 S 50 S 50 Ocena 10 od 96 100 poena 9 od 86 95 poena 8 od 76 85 poena 7 od 66 75 poena 6 od 55 65 poena 5/1/2012 Uvod 3

5/1/2012 Pasivne komponente 4

Prednosti SMD tehnologije povećanje raspoloživog prostora ekonomska ušteda brzini montiranja povećanju nivoa pouzdanosti veća brzina rada bolje mehaničke karakteristike veći broj izvoda i kontaktnih završetaka 5/1/2012 Pasivne komponente 7

Nedostaci SMD tehnologije Nedostaci SMD tehnologije ogledaju se u: složenijim tehnološkim postupcima lemljenja (posebno kada se radi o ručnom lemljenju), težem ispitivanju usled slabije pristupačnosti kontaktima, odnosno kontaktnim završecima komponenata, nepostojanju nekih (posebno pasivnih komponenata) sa izrazito visokim nazivnim vrednostima (otpornika veoma velikih otpornosti, kondenzatora sa velikim vrednostima kapacitivnosti) u SMD obliku. 5/1/2012 Pasivne komponente 8

Lemljenje komponenata Lemljenje - postupak kojim se pomoću rastopljenog dodatnog materijala (lema) izvodi komponenata spajaju sa provodnim vezama na štampanoj ploči. Za ručno lemljenje elektronskih komponenata materijal za lemljenje je najčešće tinol žica prečnika ne većeg od 1 mm (optimalni prečnik ovakve žice je 0.7 mm). Tinol žice, koje su se pokazale izuzetno dobro u praksi, najčešće sadrže 60% kalaja i 40% olova (tačka topljenja 178 o C). 5/1/2012 Pasivne komponente 9

Ručno lemljenje Za ručno lemljenje elektronskih komponenata materijal za lemljenje je najčešće tinol žica prečnika ne većeg od 1 mm (optimalni prečnik ovakve žice je 0,7 mm). Tinol žice, koje su se pokazale izuzetno dobro u praksi, najčešće sadrže 60% kalaja i 40% olova (tačka topljenja 178 o C). Svi elektronski uređaji koji će se proizvoditi u zemljama evropske unije ili koji će se u te države uvoziti moraju da, u skladu sa direktivama RoHS (Restriction of Hazardous Substances), eliminišu iz proizvodnje tih uređaja olovo (Pb), kadmijum (Cd), živu (Hg), hrom (Cr) i brom (Br). 5/1/2012 Pasivne komponente 10

Lemljenje razlivanjem Za lemljenje razlivanjem neophodno je korišćenje paste za lemljenje. Ova pasta se nanosi na štampanu ploču, a zatim se komponente postavljaju tako da se izvodi, odnosno kontaktni završeci, praktično urone u pastu. Nakon toga se i štampana ploča i komponente zagrevaju, pri čemu se lem razliva i ostvaruje istovremeno lemljenje svih komponenata; tipične temperature pri ovom načinu lemljenja su (215 230) o C. 5/1/2012 Pasivne komponente 12

Talasno lemljenje Kod talasnog lemljenja komponente se pričvršćuju za štampanu ploču lepkom, odnosno adhezivom i, nakon sušenja, šalje se velika količina lema u obliku talasa preko ploče i komponenata. Za razliku od klasičnog talasnog lemljenja koje se široko primenjuje u konvencionalnoj tehnici montaže štampanih ploča sa komponentama sa izvodima, kod SMD talasnog lemljenja se, najčešće, koristi dvostruki talas: najpre se turbulentnim talasom nanosi lem na sve kritične tačke štampane ploče, a potom se laminarnim talasom sa tih mesta uklanja suvišni lem. Nedostatak ovog načina lemljenja je potrebno relativno veliko rastojanje između komponenata. 5/1/2012 Pasivne komponente 13

Osnovne karakteristike otpornika Nazivna (nominalna) otpornost Nazivna (nominalna) snaga Granični i dozvoljeni napon 5/1/2012 Pasivne komponente 15

Temperaturni koeficijent otpornosti Karakteriše povratne promene otpornosti otpornika pri promeni temperature: R 0 - otpornost otpornika na temperaturi T 0 od nenamotanih otpornika α R = ± (1-10) 10-4 1/ C Kod namotanih otpornika α R = ± 2 10-4 1/ C vrednost temperaturnog koeficijenata otpornosti α R tankih slojeva zavisi od: debljine sloja, sastava legure, načina nanošenja filma, vrste podloge i Temperature. 5/1/2012 Pasivne komponente 16

Otpornost otpornika u opsegu radnih temperatura U opsegu radnih temperatura ΔT = T - T 0 otpornost otpornika stalne otpornosti na nekoj temperaturi T vrlo približno je jednaka: Za svaki otpornik postoji maksimalna temperatura okolne sredine do koje se on može opteretiti nazivnom snagom Ako otpornik radi na višim temperaturama, dozvoljena snaga na otporniku mora biti manja od definisane nazivne snage za taj otpornik. 5/1/2012 Pasivne komponente 17

Zavisnost nazivne snage otpornika od temperature okolne sredine 5/1/2012 Pasivne komponente 18

Uprošćene ekvivalentne šeme otpornika Uprošćene ekvivalentne šeme otpornika: velike otpornosti (visokoomskih otpornika), i male otpornosti (niskoomskih otpornika) 5/1/2012 Pasivne komponente 19

Temperaturna stabilizacija 5/1/2012 Pasivne komponente 20

Osnovne karakteristike potenciometara Nazivna vrednost ukupne otpornosti Početni skok otpornosti Postojanost na habanje Dopunski kontaktni šum Funkcionalna karakteristika 5/2/2012 Pasivne komponente 21

Razlika potenciometra i trimera 5/2/2012 Pasivne komponente 22

Označavanje otpornika bojama 5/1/2012 Pasivne komponente 23

Primer označavanja otpornika sa dvocifrenim osnovnim brojem: otpornik otpornosti 1200 Ω sa dozvoljenim odstupanjem otpornosti ± 5% 1 2 10 2 ±5% 5/2/2012 Pasivne komponente 24

Primer označavanja otpornika sa trocifrenim osnovnim brojem: otpornik otpornosti 86.4 Ω sa dozvoljenim odstupanjem otpornosti ±0.1% i nekoliko takvih otpornika; napomena: da ne bi došlo do zabune, peta traka može biti šira od ostalih 1.5 do 2 puta. 8 6 4 10-1 ±0.1% 5/2/2012 Pasivne komponente 25

Temperaturna karakteristika NTC otpornika Zavisnost otpornosti NTC otpornika od temperature. U opsegu radnih temperatura zavisnost otpornosti NTC otpornika od temperature može se predstaviti sledećim izrazom: R = R exp (B/T) B koeficijent temperaturne osetljivosti, ili kratko, temperaturna osetljivost i izražava se u Kelvinovim stepenima (K), T apsolutna temperatura (K) i R konstanta koja zavisi od materijala i dimenzija NTC otpornika (to je uslovna otpornost termistora na beskonačno visokoj temperaturi). 5/2/2012 Pasivne komponente 29

Statička strujno-naponska karakteristika Predstavlja zavisnost pada napona na NTC otporniku od struje koja protiče kroz njega u uslovima termičke ravnoteže između termistora i okolne sredine. 5/2/2012 Pasivne komponente 30

PTC otpornici (pozistori) Termistori sa velikom pozitivnom vrednošću temperaturnog koeficijenta otpornosti se zovu pozistori. Koriste se kao ograničavači struje za: strujnu zaštitu, kao limitatori temperature, demagnetizaciju kolor-katodnih cevi, zaštitu motora, regulaciju struja u telefoniji, i zaštitu telefonskih linija, itd. 5/2/2012 Pasivne komponente 31

Promena otpornosti pozistora sa temperaturom i učestanošću RPTC 5/2/2012 Pasivne komponente 32

Varistori Varistori ili VDR otpornici su otpornici kod kojih se otpornost nelinearno menja sa promenom jačine električnog polja, odnosno napona na njima. Koriste se za naponsku stabilizaciju, posebno većih vrednosti napona. 5/2/2012 Pasivne komponente 33

Realna strujno-naponska karakteristika varistora 5/2/2012 Pasivne komponente 34

Fotootpornici Fotootpornici su poluprovodnički otpornici kod kojih se otpornost smanjuje pod uticajm svetlosti. Rad poluprovodničkih fotootpornika zasnovan je na efektu fotoprovodnosti (unutrašnjem fotoelektričnom efektu). 5/2/2012 Pasivne komponente 35

Svetlosna karakteristika Predstavlja zavisnost fotostruje I F od osvetljenosti E, pri konstantnom naponu U nekoj oblasti promene osvetljenosti za svetlosnu karakteristiku se koristi zavisnost: I = A E χ A konstanta koja zavisi od tipa fotootpornika; χ konstanta koja zavisi od talasne dužine svetlosti i tipa fotootpornika; E osvetljenost. 5/2/2012 Pasivne komponente 36

Označavanje kondenzatora Kada se kapacitivnost u pf označava pomoću tri cifre, treća cifra pokazuje koliko nula ima iza prve i druge cifre. Na primer: 220pF 221 47pF 470 56nF = 56000pF 563 5/2/2012 Pasivne komponente 38

Ekvivalentna šema kondenzatora Kapacitivnost kondenzatora zavisi od učestanosti i to zbog toga što se sa učestanošću menja dielektrična konstanta i, znatno češće, zbog toga što kondenzator poseduje i parazitne veličine, kao što su parazitna otpornost i parazitna induktivnost L C. Na visokim učestanostima svaki kondenzator se može predstaviti ekvivalentnom šemom L C je reda nh Otpornost gubitaka r (aktivna otpornost obloga kondenzatora i izvoda) je reda 0.1W 5/2/2012 Otpornost R >> r je otpornost izolacije kondenzatora Pasivne komponente 40

Zavisnost tgδ: a) od učesatnosti za kondenzatore sa nepolarnim dielektrikom; b) od učesatnosti za kondenzatore sa polarnim dielektrikom; c) od temperature za kondenzatore sa nepolarnim dielektrikom; d) od temperature za kondenzatore sa polarnim dielektrikom; e) od napona. 5/2/2012 Pasivne komponente 41

Vremenska konstanta kondenzatora Veličina t C = RC se zove vremenska konstanta kondenzatora i izražava se u sekundama. Ne zavisi od dimenzija kondenzatora, već samo od fizičkih osobina dielektrika. 5/2/2012 Pasivne komponente 42

Elektrolitski kondenzatori Da bi se obezbedio dobar (ravnomeran) električan kontakt između površine tako tankog dielektrika (tj. oksida metala) i druge elektrode (jedna elektroda je metalna folija ili štapić na kojoj je oksid, a druga obično neoksidisana metalna folija) Neophodno je da se upotrebi provodna tečnost zato se koristi tečan elektrolit ili mangan dioksid koji ima poluprovodničke osobine. Drugim rečima, elektrolit ima ulogu produžetka druge elektrode. 5/2/2012 Pasivne komponente 45

Polarizovani Al elektrolitski kondenzatori namenjeni su za rad pri jednosmernoj polarizaciji. anoda aluminijumska folija debljine (100 120)µm, koja je posebnim postupkom oksidisana (oksidni sloj predstavlja dielektrik); debljina je f(e) 0.0012 0.0015µm/V a ε r = 10; katoda je izvedena preko provodnog elektrolita (npr. rastvora glikla, borne kiseline i amonijaka); kontakt sa elektrolitom je druga aluminijumska folija; 5/2/2012 Pasivne komponente 46

Nepolarizovani Al elektrolitski kondenzatori katodna neoksidisana folija je zamenjena oksidisanom folijom; mogu raditi pri jednosmernoj i naizmeničnoj polarizaciji; debljina dielektrika je dvostruko veća tako da je pri istom nazivnom naponu kapacitivnost nepolarnih kondenzatora dva puta manja u odnosu na kapacitivnost polarnih kondenzatora; 5/2/2012 Pasivne komponente 47

Zavisnost struje gubitaka od: a temperature, b vremena 5/2/2012 Pasivne komponente 48

Varikap diode Varikap diode su poluprovodničke diode sa kontrolisanim kapacitivnim osobinama. Koristi se kapacitivnost inverzno polarisanog p-n spoja, pri čemu se promenom inverznog napona menja širina prelazne oblasti p-n spoja, a time i kapacitivnost varikap diode. Varikap diode u različitim kućištima 5/2/2012 Pasivne komponente 49

Prednosti varikap dioda u odnosu na vazdušne promenljive kondenzatore su: neuporedivo su manjih dimenzija i mogu da se oklope zajedno sa kalemom, čime se izbegavaju parazitne sprege; otpornije su na mehanička dejstva (udare, potrese, itd.) i atmosferski uticaj; ne postoji osovina kao kod vazdušnih promenljivih kondenzatora, već se promena kapacitivnosti vrši promenom napona na diodi, što se može ostvariti promenom otpornosti potenciometra, koji može biti daleko od same diode. 5/2/2012 Pasivne komponente 50

Ekvivalentna šema kalema L induktivnost kalema, C 0 parazitna (sopstvena) kapacitivnost, R = R 0 + R f je otpornost gubitaka R 0 omska otpornost R f frekventno zavisna otpornost usled skin efekta i efekta blizine. Kod kalemova se jezgrom otpornost R sadrži i gubitke u jezgru R j 5/2/2012 Pasivne komponente 52

Faktor dobrote kalemova ekvivalentna otpornost kalema R e i ekvivalentna induktivnost L e zavise od učestanosti, pa se Q-faktor neće u celom frekventnom opsegu linearno povećavati sa učestanošću pri visokim učestanostima opadata sa povećanjem frekvencije. pri višim učestanostima ekvivalentna otpornost R e brže raste sa učestanošću od induktivne otpornosti ωl e Q-faktor dostiže maksimum i sa daljim povećanjem frekvencije opada radni frekventni opseg kalema se bira tako da Q-faktor ima maksimalnu vrednost u sredini tog opsega. 5/2/2012 Pasivne komponente

5/2/2012 Merene vrednosti Q-faktora kalemova različitih induktivnosti Pasivne komponente

Faktor induktivnosti A L, se određuje eksperimentalno i predstavlja induktivnost kalema sa jezgrom koji ima samo jedan zavojak. Induktivnost kalema sa N zavojaka je onda: 5/2/2012 Pasivne komponente

Naponi na krajevima transformatora se azlikuju od indukovanih elektromotornih sila zbog pada napona na namotajima (U 1 >e 1 i U 2 <e 2 ). Ako se, u prvoj aproksimaciji, ovi padovi napona zanemare, može se smatrati da je e 1 U 1 i e 2 U 2, tako da sledi odnos transformacije napona n: 5/2/2012 Pasivne komponente

Koeficijent korisnog dejstva Definisan je odnosom izlazne P i (=P 2 ) i ulazne P u snage Vrednost koeficijenta korisnog dejstva kod transformatora koji se koriste u elektronici je relativno velik, i iznosi od η = 85% do η = 95%. 5/2/2012 Pasivne komponente