http://hlavsa.net/pages/school.php
Fyzika vedení proudu ve vakuu a v pevné fázi, pásový diagram,
polovodiče
Vakuum neobsahuje nabité částice; elektrický proud vakuuem neprochází.Průchod elektrického
proudu vakuem je umožněn vznikem nositelů náboje na elektrodách; tzn. aby vznikl proud ve vakuu,
je nezbytně nutné uvolnit elektrony z katody.
Tok elektronů ve vakuu má velký praktický význam. Jeho použití v různých elektronických zařízeních
spočívá na těchto okolnostech:
 Elektrony mají nepatrnou hmotnost, a proto mají ze všech částic největší měrný náboj, takže i
při slabých magnetických nebo elektrických polích získávají značnou rychlost na poměrně
krátké dráze.Jsou prakticky bez setrvačnosti.
 Přenos náboje není u nich prakticky spojen s přenosem látky.
 Elektrony lze snadno získat rozmanitými způsoby uvolňováním z kovů.
Vysvětleme zjednodušeně princip vzniku volných elektronů a vedení ve vakuu: V každém kovovém
vodiči se neuspořádaně pohybují záporně nabité volné elektrony a za obvyklých podmínek se
pohybují jen uvnitř vodiče. Jestliže však vodič zahřejeme na dostatečně vysokou teplotu, získají
některé elektrony takovou rychlost, že přemohou vnitřní přitažlivé síly a vyletují z vodiče do okolního
prostoru. Tento jev se nazývá termoemise neboli termická emise nebo tepelná emise elektronů a
vyletující elektrony se nazývají emitované elektrony. Termoemisí se ovšem původně elektroneutrální
vodič stává kladně nabitý, převážná část emitovaných elektronů je neustále přitahována a vrací se
zpět na povrch vodiče, a tím
vznikne v jeho okolí tzv. elektronový mrak .
Elektronky
Elektronka je baňka, z níž byl vyčerpán vzduch na méně než 0,01 Pa, záporná elektroda je připojená
na záporný pól a kladná elektroda připojená na kladný pól zdroje stejnosměrného napětí; žhavicím
vláknem lze zahřívat zápornou elektrodu. Je-li žhavicí vlákno chladné, pak obvodem
s miliampérmetrem proud neprotéká, protože vakuum v baňce je dokonalý izolant. Jestliže vlákno
rozžhavíme, zahřeje se na vysokou teplotu i záporná elektroda, termoemise vzroste, od záporné
elektrody ke kladné elektrodě se začne pohybovat podstatně vyšší počet emitovaných elektronů, a
tím vzroste i proud zaznamenaný miliampérmetrem.
Podle způsobu žhavení katody rozeznáváme elektronky přímo žhavené a elektronky nepřímo
žhavené. V přímo žhavených elektronkách prochází žhavicí proud přímo katodou, která se rozžhaví a
emituje elektrony. Katoda takovéto elektronky je zhotovena například z těžkotavitelného kovu
wolframu a je žhavena stejnosměrným proudem. V nepřímo žhavených elektronkách prochází žhavicí
proud wolframovým vláknem, které je izolovaně zasunuto do kovové trubičky, a teprve tato trubička
tvoří katodu, z níž se po nepřímém zahřátí emitují elektrony. Katody těchto elektronek jsou
zhotovovány například z niklového plechu a jsou pokryty vrstvičkou oxidů různých kovů.
Elektronka se dvěma elektrodami se nazývá dioda. Dioda se užívala jako usměrňovač střídavého
proudu,
neboť propouští proud pouze jedním směrem. Význam diod jako usměrňovačů je spíše historický;
byly nahrazeny polovodičovými diodami.
Trioda má tři elektrody (katodu, anodu, mřížku). Malými změnami mřížkového napětí můžeme
podstatně měnit velikost anodového proudu . Proto se trioda užívala jako zesilovač; byla nahrazena
polovodičovou součástkou – tranzistorem.
http://hlavsa.net/pages/school.php
K různým účelům byly vyráběny elektrony s více elektrodami, např. pentoda se třemi mřížkami
Vedení proudu v pevné fázi
Elektrický proud v pevných látkách může protékat, ale nemusí. Důležitou podmínkou vedení
elektrického proudu je přítomnost volných částic s elektrickým nábojem.
Pevné látky se podle schopnosti vést elektrický proud dělí na vodiče, izolanty a polovodiče.
Elektrický vodič je látka, která vede elektrický proud. Elektrický vodič musí obsahovat volné částice s
elektrickým nábojem, nejčastěji elektrony, příp. kladné nebo záporné ionty.
V elektrotechnice se slovem vodič také rozumí vodivý drát, kabel, pásek nebo lanko, které se použijí
pro vodivé propojení součástek v elektrickém obvodu
Podle mechanismu vedení elektrického proudu dělíme vodiče na 2 skupiny :
 vodiče 1. řádu (kovy a uhlík ve formě grafitu)
El. proud přenáší volné elektrony. Vodiče se při průchodu el. proudu chemicky nemění
 vodiče 2. řádu (roztoky a taveniny = elektrolyty)
Proud přenášejí el. nabité částice zvané ionty. Jejich pohybem dochází k přenosu hmoty a
chemickým změnám. Ionty jsou proti elektronům větší, jejich pohyblivost je menší, takže i
vodivost je nižší.
Schopnost vodiče vést elektrický proud vyjadřuje veličina elektrická vodivost, což je převrácená
hodnota elektrického odporu. Jednotkovou vodivost látky (vodivost 1 m vodiče o průřezu 1 m²)
udává veličina konduktivita látky, převrácenou hodnotou (jednotkový odpor vodiče) udává veličina
rezistivita látky.
Vodivost G, resp. odpor R vodiče lze z jeho vlastností vypočítat podle vztahu
resp.
kde σ je konduktivita vodiče, ρ je rezistivita vodiče, S je obsah průřezu vodiče, l je délka vodiče.
Vodivost, resp. odpor vodičů závisí na teplotě. S rostoucí teplotou klesá vodivost, resp. stoupá odpor
vodičů
Elektrický izolant je látka, která nevede elektrický proud. Elektrický izolant neobsahuje volné částice
s elektrickým nábojem, nebo je obsahuje v zanedbatelném množství. Zamezuje průtoku elektrického
proudu mezi vodiči, které mají rozdílný elektrický potenciál.
Dobrými izolanty jsou porcelán, sklo, většina plastů, dřevo, papír, za normálních podmínek i vzduch
nebo jiné plyny.
Často se zaměňují pojmy izolant a dielektrikum. Dielektrikum je izolant, který má schopnost
polarizace, kdežto izolant samotný tuto možnost nemá. Vzhledem k atomové struktuře všech
běžných látek a díky polarizovatelnosti atomu je (s výjimkou vakua) tento rozdíl spíše teoretický.
Polovodič je pevná látka, jejíž elektrická vodivost závisí na vnějších nebo vnitřních podmínkách, a dá
se změnou těchto podmínek snadno ovlivnit. Změna vnějších podmínek znamená dodání některého z
http://hlavsa.net/pages/school.php
druhů energie – nejčastěji tepelné, elektrické nebo světelné, změnu vnitřních podmínek představuje
příměs jiného prvku v polovodiči.
Mezi polovodiče patří prvky křemík, germanium, selen, sloučeniny arsenid galia GaAs, sulfid olovnatý
PbS aj. Většina polovodičů jsou krystalické látky, existují však také polovodiče amorfní (některá skla).
Pásový diagram
Pokud máme spoustu atomů v mřížce, pak u nich může docházet k překryvu jejich valenčních orbitalů
a tím vzniká souvislý kontinuální pás energií. Vychází se z teorie MO LCAO, kdy lineární kombinací
atomových orbitalů vzniká stejný počet molekulových orbitalů, které jsou buď vazebné (bonding),
nevazebné nebo protivazebné (antibonding). Velkým množstvím překryvů těchto orbitalů dochází ke
vzniku diskrétních energetických pásů, které se dělí na valenční, zakázaný a vodivostní pás. Elektrony
lokalizované ve valenčním pásu mohou přecházet do pásu vodivostního, pokud překonají
energetickou bariéru, kterou udává šířka zakázaného pásu. Tato energie, E(g), se udává v
elektronvoltech. Pro kovy je úměrná nule (= vodiče), pro polokovy je menší než 3 eV (= polovodiče) a
u nekovů je zakázaný pás nejširší, E(g) > 5 eV (= izolanty = dielektrika). Aby byl tedy polokov vodivý,
pak je nutné překonat energii E(g) zakázaného pásu a to například dodáním tepelné energie,
elektrické energie či elektromagnetické ( = světelné) energie. Šířku E(g) lze snižovat rovněž
příměsovými částicemi, a pak vznikají polovodiče typu P (bór v křemíku) nebo typu N (fosfor v
křemíku). Celý proces je ovšem mnohem složitější a vychází z kvantové mechaniky.
Polovodiče
Měrný odpor polovodičů je mnohem větší než měrný odpor kovů, ale menší než měrný odpor
izolantů. Vodivost polovodičů značně závisí na teplotě a na osvětlení. Nejvýznamnějším polovodičem
je křemík, dále pak germanium, selen, fosfor, arzen a řada dalších. Uplatňují se jako základní
materiály pro konstrukci polovodičových součástek.
Elektrické vlastnosti polovodičů můžeme vysvětlit na základě vlastností jejich krystalové mřížky.
Například křemík je čtyřmocný (má 4 valenční elektrony) a jeho atomy jsou uspořádány v krystalové
mřížce. Při nízkých teplotách jsou valenční elektrony silně poutány v atomech, křemík proud nevede.
Při zahřátí se rozkmit atomů v krystalové mřížce zvětší a dochází k uvolňování valenčních elektronů.
Opustí-li elektron svou valenční slupku (obr. 6.7), objeví se místo,
kde chybí záporný náboj. Toto prázdné místo se nazývá „díra“ a
Si
chybějící záporný náboj se navenek projeví jako náboj kladný. Do
Si
Si
„díry“ může přeskočit elektron z jiného atomu a doplnit chybějící
záporný náboj. Kladná „díra“ se tak objeví na místě, odkud elektron
přeskočil. Vypadá to tedy tak, jako by „díry“ putovaly v krystalové
Si
Si
Si
mřížce křemíku z místa na místo.
Si
Si
Obr. 6.8
Si
Připojíme-li k popisovanému polovodiči zdroj napětí, začnou se
záporné elektrony přesouvat ke kladnému pólu, kladné díry k pólu
zápornému a nastane usměrněný pohyb volných elektrických
nábojů. Elektrický proud v polovodičích je způsoben usměrněným
pohybem uvolněných elektronů a „děr“ – na rozdíl od kovů, kde
http://hlavsa.net/pages/school.php
elektrický proud vedou jen volné vodivostní elektrony. Právě popsaná vodivost se nazývá vlastní
vodivost polovodičů.
V technické praxi mají největší využití tzv. nevlastní polovodiče, jejichž krystalová mřížka byla
záměrně znečištěna nepatrným množstvím příměsí. Vhodným výběrem příměsi můžeme dosáhnout
toho, aby v polovodiči byl elektrický proud veden buď pouze volnými elektrony (elektronová
vodivost, negativní vodivost, vodivost typu N), nebo pouze „děrami“ (děrová vodivost, pozitivní
vodivost, vodivost typu P).
Vodivost typu N (negativní)
Si
Si
Si
Si
As
Si
Si
Si
Si
Obr. 6.9
Si
Si
Si
Si
In
Si
Si
Si
Si
Příměsí (donorem – dárcem) v krystalové mřížce křemíku mohou
být v tomto případě atomy pětimocného prvku, např. arzenu
(obr. 6.9). Jejich čtyři valenční elektrony se účastní vazeb s atomy
křemíku. Pátý valenční elektron se již v chemické vazbě neuplatní a
již při nízkých teplotách je prakticky volný a využitelný k vedení
elektrického proudu.
Vodivost typu P (pozitivní):
Příměsí (akceptorem – příjemcem) v krystalové mřížce křemíku
mohou být v tomto případě atomy trojmocného prvku, např. india
(obr. 6.10). K vazbě s atomy křemíku jsou k dispozici pouze tři
valenční elektrony, takže v místě nenasycené vazby vznikne „díra“
s kladným nábojem. Tuto „díru“ může při připojení polovodiče ke
zdroji elektrického napětí zaplnit elektron z některé jiné vazby –
„díra“ se v krystalu přesune na jeho místo.
K nevlastní vodivosti křemíku stačí i nepatrné množství příměsi –
stačí, aby na 100 milionů atomů křemíku připadl jediný atom
příměsi! Proto je technologie výroby polovodičů požadovaných
vlastností velmi náročná.
Polov odičov á di oda
Spojíme-li polovodič typu P a polovodič typu N, vznikne tzv.
přechod PN. Přechodem PN se nazývá oblast styku dvou
polovodičů s opačným typem vodivosti. Přechod PN má tu vlastnost, že propouští elektrický proud
pouze v jednom směru. Vysvětlení spočívá v tom, že polovodič typu N obsahuje ve své krystalové
mřížce volně pohyblivé záporné elektrony, polovodič typu P má v krystalové mřížce volně pohyblivé
kladné „díry“.
Obr. 6.10
N
P
P
N
Obr. 6.11
I=0
I=0
Obr. 6.12
K přechodu PN není připojen zdroj napětí (obr. 6.11)
V oblasti styku obou polovodičů se část elektronů z oblasti N
dostane do oblasti P a část „děr“ z oblasti P přejde do oblasti N.
http://hlavsa.net/pages/school.php
Volné elektrony rekombinují s „děrami“ („naskáčou do děr“), takže kolem přechodu PN se vytvoří
nevodivá oblast bez volných nábojů (na obrázku vyznačena šedou barvou).
Přechod PN je zapojen v závěrném směru (obr. 6.12)
Připojíme-li k polovodiči P záporný pól a k polovodiči N kladný pól zdroje, vzdalují se působením
elektrických sil volné náboje od přechodu PN, oblast bez volných nábojů se rozšíří, její odpor vzroste
a elektrický proud přechodem PN nemůže procházet. Nevodivé oblasti bez volných nábojů říkáme
hradlová vrstva.
Přechod PN je zapojen v propustném směru (obr. 6.13)
N
I
I
P
I
Změníme-li polaritu připojeného zdroje, přecházejí působením
elektrických sil volné elektrony přes přechod PN ke kladnému
pólu a „díry“ jsou přitahovány k zápornému pólu. Výsledkem je
zúžení hradlové vrstvy a zmenšení jejího odporu. Takto
zapojeným přechodem PN proud prochází.
Obr. 6.13
Popsaný jev, při kterém závisí odpor přechodu PN na polaritě
připojeného zdroje, nazýváme diodový jev. Prvek s jedním
přechodem PN je nejjednodušší polovodičovou součástkou – polovodičovou diodou. Polovodič P je
připojen ke kladné elektrodě (svorce zdroje) nazývané anoda, polovodič N je připojen k záporné
elektrodě nazývané katoda. Polovodičové diody se používají k usměrnění střídavého proudu.
Jinou možností je použití polovodičové tzv. LED diody k osvětlovacím účelům. Zkratka LED znamená v
angličtině „light emited diode“ tedy česky „světlo vyzařující dioda“. Na přechodu PN této diody
dochází k přímé přeměně elektrické energie na energii světelnou. Barva světla závisí na materiálu
diody a jeho úpravě. Původně byla LED dioda jen velmi slabě zářící zdroj světla a používala se např. k
osvětlení palubních desek. Vývoj přinesl značné zvýšení jejich svítivosti, takže dnes jsou používány
v mnoha oblastech života i techniky. Obrovskou výhodou LED diod je jejich dlouhá životnost a úspora
elektrické energie. Je možné, že se tak stanou světelnými zdroji budoucnosti.
http://hlavsa.net/pages/school.php
Pasivní a aktivní elektronické součástky
!POUZE DOPLNĚNÍ K VÝPISKŮM!
Trimr
je pasivní součástka, jejíž hodnotu lze měnit, ale obvykle není přístupná
uživateli zařízení, v němž je vestavěna. Obvykle se tak označuje rezistor
(odporový dělič se třemi vývody), ale existuje i kapacitní trimr.
V principu se jedná o stejný typ součástky, jako je potenciometr nebo
proměnný kondenzátor, ale většinou se jedná o miniaturizovanější provedení, s podstatně menší mechanickou
životností. Provádí se jím nastavení parametrů zařízení při výrobě nebo údržbě.
Potenciometr
je elektrotechnická součástka, která slouží jako regulovatelný odporový napěťový
dělič. Používá se k přímému řízení elektronických zařízení (například audio a video
technika), někdy též jako snímač.
Nejjednodušší potenciometr se skládá z odporové dráhy, po níž se ovládacím
prvkem pohybuje jezdec. Pokud je tento jezdec na otáčivé ose, mluvíme o
otočném potenciometru, pokud je jezdec posuvný lineárně, mluvíme o tahovém
potenciometru.
Reostat
Reostat je nastavitelný nebo alespoň přepínatelný rezistor. Realizovaný bývá:
 nejčastěji jako sada rezistorů s mnohapolohovým přepínačem.
 posuvný rezistor, drátový odporník navinutý na izolačním tělese a s
posuvným jezdcem.
použití
Je obvykle určen k nastavení větších výkonů: Od 1 W více.
Dnes se s ním setkáme jen v laboratořích nebo u historických strojů, protože byl z praktického
nasazení téměř všude vytlačen polovodičovými prvky: Základní nevýhodou reostatů je velký mařený
výkon.
Typickým místem nasazení reostatu bylo nastavení budících i napájecích proudů stejnosměrných
elektromotorů. Klikou reostatu byly například ovládány staré tramvaje.
http://hlavsa.net/pages/school.php
Tlumivka
je cívka ve tvaru válce nebo prstence (toroidu) určená k blokování (vysoké reaktanci)
signálů nějaké frekvence v elektrickém obvodu, zatímco signály daleko nižších
frekvencí a stejnosměrný proud propouští s malým odporem (rezistancí). V ose cívky
bývá uloženo feromagnetické jádro (tlumivka se železem), pak má nelineární
charakteristiku. Nebo je bez feromagnetického jádra (vzduchová tlumivka), pak má
lineární charakteristiku.
Transformátor
je elektrický netočivý stroj, který umožňuje přenášet elektrickou energii z jednoho obvodu do jiného
pomocí vzájemné elektromagnetické indukce. Používá se většinou pro přeměnu střídavého napětí
(např. z nízkého napětí na vysoké) nebo pro galvanické oddělení obvodů.
Základní princip transformátoru
Transformátor je měnič střídavého proudu. Skládá se ze tří hlavních částí: vinutí, magnetický obvod,
izolační systém.
Primární vinutí slouží k převodu elektrické energie na magnetickou. Procházejícím proudem se vytváří
magnetický tok Φ *Fí+. Tento tok je veden magnetickým obvodem (jádrem) k sekundární cívce. Tj.,
účelem magnetického obvodu většiny transformátorů je zajistit, aby co nejvíce magnetických siločar
procházelo zároveň primární a sekundární cívkou.
V sekundární cívce se na principu Faradayova indukčního zákona (Zákon elektromagnetické indukce
indukuje elektrické napětí. Proto transformátor pracuje jen na střídavý nebo pulsující proud, protože
u stejnosměrného je derivace konstanty nulová a na sekundárním vinutí nevzniká
žádné napětí.
Dosadíme-li do inkukčního
zákona
dvakrát
veličiny
primárního a sekundárního
vinutí s uvažováním, že
magnetický tok je identický
pro obě cívky a s uvažováním
zákona zachování energie
dostaneme rovnici idelálního
tranformátoru (bez ztrát):
kde U1 je napětí na primární
cívce, I1 je proud primární
cívkou, N1 je počet závitů
primární cívky. Indexem 2 jsou
značeny veličiny sekundární
cívky. Písmeno p značí převod
transformátoru při p > 1 jde o snižující transformátor a při p < 1 je transformátor zvyšující.
http://hlavsa.net/pages/school.php
Základní prvky výkonové elektroniky, usměrňovače, frekvenční
měniče
Výkonová elektronika je na rozdíl od klasické elektroniky silnoproudým oborem. Pokrok ve výrobě
polovodičových součástek umožnil výrobu součástek dovolujících velmi rychle spínat vysoká napětí v
řádu až tisíců voltů a vysoké proudy v řádu stovek až tisíců ampér. Díky tomu mohlo dojít ke vzniku
nového silnoproudého oboru - výkonové elektroniky. Výkonová elektronika se zabývá především
řešením různých měničů parametrů elektrické energie.
Výkonová elektronika se zabývá silovými polovodičovými součástkami, které jsou schopné spínat
velké proudy při vysokých napětích, t.j. jsou schopné spínat vysoké výkony.






výkonová dioda
tyristor
FET a MOSFET tranzistory
IGBT
triak
varistor
Výkonová dioda
je dvouvrstvá nelineární polovodičová součástka, obsahuje jeden PN přechod
případě, že má polovodič typu P (anoda) k polovodiči typu N (katoda):
kladné napětí - je dioda v propustném stavu
záporné napětí - je dioda v závěrném stavu
v propustném stavu je na diodě propustné napětí uF a prochází jí propustný
proud iF
v závěrném stavu je na diodě závěrné napětí napětí uR a prochází jí závěrný proud iR
Z hlediska použití v aplikacích jsou na diody kladeny požadavky vysokého závěrného napětí, nízkého
propustného napětí, rychlého přechodu z propustného do závěrného proudu a naopak.
Výkonové polovodičové diody se používají k zabezpečení průchodu proudu jedním směrem,
nejčastěji k usměrňování střídavého proudu, přičemž se jedná obvykle o hodnoty středního proudu
IFAV v oblasti od několika ampér do několika tisíc ampér a závěrného napětí URRM od několika
desítek do několika tisíc voltů.
Tyristor
je polovodičová součástka sloužící ke spínání elektrického proudu (nejčastěji výkonových obvodů),
fungující jako řízený elektronický ventil.
Tyristor je čtyřvrstvá spínací součástka (obvykle PNPN), která nevykazuje usměrňující účinky jako
dioda, avšak je možné ji ovládat (spínat) pomocí impulsu do řídicí elektrody G (Gate). Anoda (A) a
katoda (K) se v obvodu nesmí zaměnit, zátěž je vždy připojena k anodě.
http://hlavsa.net/pages/school.php
Jedná se o velice účinný nástroj pro řízení velmi výkonných elektrických strojů. V moderních
elektrických lokomotivách se používá nejčastěji pro pulzní regulaci výkonu trakčních motorů pro
stejnosměrný proud. K regulaci výkonu asynchronních motorů se používají vyspělejší zařízení IGBT.
Zapnutí






Krátkodobým proudovým pulsem do řídicí elektrody G (Gate).
Překročením kritické hodnoty anodového napětí dojde k průrazu druhého PN přechodu.
(Tento způsob je obvykle nežádoucí.)
Rychlým nárůstem anodového napětí, tj. nadkritickou strmostí UAK (S = ΔU/Δt = i/C). Při
velké strmosti se vyvolá velký proud I přes přechod, který dále vyvolá lavinovou ionizaci
krystalové mřížky a tím uvede tyristor do sepnutého stavu. Tento způsob sepnutí byvá
většinou nežádoucí a je nutno mu předejít například tlumivkou nebo jiným zpomalovacím
členem.
Teplotou při určitém napětí UAK. (Také většinou nežádoucí.)
Osvětlením druhého (PN) přechodu, takto pracuje fototyristor.
(Radioaktivním zářením, při kterém sepne každý polovodič.)
Vypnutí
 Přerušením anodového proudu.
 Komutací anodového napětí (přepólování). U střídavých proudů se tak děje automaticky v
každé záporné půlvlně, ve stejnosměrných obvodech je nutno použít komutační zařízení (viz
Komutátor (elektrotechnika)).
 Zkratem mezi anodou (A) a katodou (K).
Triak
je polovodičový spínací prvek schopný vést elektrický proud oběma směry.
Vlastnosti triaku přibližně odpovídají vlastnostem dvou antiparalelně zapojených
tyristorů, u kterých jsou řídicí elektrody propojeny v jednu. Triaky jsou
konstruovány pro běžná napětí v rozvodných sítích a pro proudy do několika
ampérů. Typické použití je v regulaci domácího osvětlení, otáček praček, vrtaček a
podobných nízkovýkonových elektrických spotřebičů. Hlavní výhodou je jednoduché
zapojení do elektrických obvodů.
Popis funkce
 Pro sepnutí triaku musí být na hlavních elektrodách dostatečně velké napětí a do řídicí
elektrody musí být přiveden proudový impuls o hodnotě vyšší než je proud spínací.
 Triak je sepnutý a vede tak dlouho, dokud se velikost protékajícího proudu nesníží pod
hodnotu vratného proudu (tj. do okolí nuly).
 Uzavírání triaku nastane při poklesu proudu pod hodnotu vratného proudu, a to při
jakémkoliv proudu řídicí elektrody.
http://hlavsa.net/pages/school.php

Pokud triakem neprotéká žádný proud a hodnota proudu na řídicí elektrodě je nižší než
hodnota spínacího proudu, triak se ihned uzavře (rozepne)
Varistor
Jsou to tělíska vyrobená z karbidu křemíku a opatřená na protilehlých stranách přívodními
elektrodami.
Jejich elektrický odpor se při vyšším přiloženém napětí zmenšuje, protože závislost procházejícího
proudu na přiloženém napětí je dána vztahem:
U = CIβ
kde
U je
napětí na varistoru ve voltech,
I—
proud procházející varistorem vyjádřený v ampérech,
C—
součinitel, který je roven napětí, při kterém by varistorem protékal proud 1 A a má
rozměr *VA-β+,
β—
exponent, číselně rovný směrnici přímky, získané logaritmováním výše uvedené
rovnice.
Varistory lze využít pro stabilizaci napětí nebo k ochraně kontaktů relé před jiskřením. Jelikož
elektrický odpor varistorů závisí na přiloženém napětí, nedochází k žádnému zpoždění a tento jev
není v oblasti technických a zvukových kmitočtů kmitočtově závislý. Varistory mají poměrně velkou
hmotu a proto dobře snášejí impulsové zatížení a propouštějí krátkodobě i velké proudy bez
poškození.
Diak
Diak se symetrická součástka se dvěma PN přechody. Jeho struktura je na obr. 1.
Při zapojení diaku do obvodu je vždy jeden PN přechod v propustném a jeden v závěrném směru.
Přechod v propustném směru má o mnoho menší elektrický odpor než přechod v závěrném směru.
Na přechodu v závěrném směru je tedy větší napětí (prakticky celé napětí na diaku). V okamžiku, kdy
napětí dosáhne hodnoty průrazného napětí, se přechod stává vodivým - diak je v sepnutém stavu.
Toto průrazné (spínací) napětí je obvykle 24 V - 48 V. I v sepnutém stavu má diak poměrně značný
odpor - několik kiloohmů.
http://hlavsa.net/pages/school.php
Usměrňovače
Usměrňovač je elektrické zařízení, které se používá k přeměně střídavého elektrického proudu na
proud stejnosměrný. Protože elektronické obvody ke své činnosti obvykle potřebují stejnosměrný
proud a k distribuci elektrické energie se využívá proud střídavý, bývá usměrňovač součástí většiny
elektrických přístrojů a zařízení spotřební elektroniky, napájených z elektrické sítě. Usměrňovače se
také v hojné míře používají v napájecích soustavách elektrických trakčních vozidel ( kupř. pro pohon
lokomotiv, tramvají, trolejbusů či vozů metra ).
V současnosti se používají téměř výhradně polovodičové usměrňovače na bázi křemíku, kterými byla
ostatní zařízení prakticky vytlačena, i když není vyloučeno že vzniknou nová zařízení založená na
silikon-karbidu, jehož předpokládanou výhodou je možnost provozu při vyšší teplotě.
Obecně mohou být realizovány usměrňovače:
 polovodičové (křemíkové, germaniové, selenové, …)
 elektronkové
 rtuťové
V současné době se používají téměř výhradně usměrňovače křemíkové.
Zapojení neřízeného usměrňovače:
Jednocestný usměrňovač
Zapojení usměrňovače je velmi jednoduché, obsahuje pouze jednu diodu. Dioda propustí pouze
kladnou, respektive zápornou půlvlnu v závislosti na polaritě zapojení. Výstupní napětí je ještě
sníženo o otvírací napětí přechodu PN, což muže znamenat významné zhoršení účinnosti nebo
dokonce nulové výstupní napětí v případě vstupního napětí s nízkou
amplitudou.
Dvoucestný usměrňovač
Na rozdíl od jednocestného, dvojcestný usměrňovač usměrňuje obě půlvlny. Existují dvě
principiálně odlišná zapojení. Výstupní napětí má oproti jednocestnému usměrňovači nižší úroveň
zbytkové střídavé složky.
Pokud je usměrňovač připojen na transformátor s dvojitým sekundárním vinutím, je možné jej
realizovat pomocí dvou diod.
http://hlavsa.net/pages/school.php
Nejpoužívanějším typem dvoucestného usměrňovače je . Jde o zapojení využívající čtyři diody v
můstkovém zapojení.
Frekvenční měnič
Měnič kmitočtu (nebo také měnič frekvence, často nesprávně nazývaný frekvenční měnič) je zařízení,
které slouží k přeměně elektrického proudu s určitým kmitočtem na elektrický proud s jiným
kmitočtem.
Dříve se realizoval jako rotační měnič, dnes se používají spíše elektronické obvody a moderní
výkonové polovodičové součástky. Z nich je vytvořen usměrňovač a střídač, případně další řídící a
stabilizační elektronika.
Velmi častým důvodem k nasazení frekvenčního měniče bývá potřeba plynulá regulace otáček
asynchronního elektromotoru. Dříve se ke změně otáček elektromotoru používalo Ward Leonardovo
soustrojí (pohon – dynamo – stejnosměrný motor).
http://hlavsa.net/pages/school.php
Základní obvody pro analogové zpracování signálů
Pasivní obvody
filtry
Potlačují nebo zvýrazňují určité složky signálu
rezonanční obvody
Vznikne paralelním nebo sériovým spojením kondenzátoru a cívky. Při jedné, tzv. rezonanční
frekvenci se v tomto obvodu vyrovnává kapacitní a induktivní reaktance a rezonanční obvod se pro
tuto frekvenci chová jako činný odpor. Stav obvodu který nastane při rezonanční frekvenci se nazývá
rezonance. Je to jev, při kterém se v obvodu při určitém kmitočtu podstatně zvětší proud u sériového
obvodu nebo se podstatně zvětší napětí u obvodu paralelního. Sériový rezonanční obvod má při
rezonančním kmitočtu nejmenší impedanci. Paralelní rezonanční obvod má při rezonančním kmitočtu
největší impedanci. Obvod má při této frekvenci pouze činný odpor.
Aktivní obvody
zesilovače
Elektronické zařízení, které je schopno transformací elektrické energie z vnějšího napájecího zdroje
měnit parametry vstupního signálu. Obvykle zesilovač slouží především k zesílení amplitudy signálu,
nebo jeho úrovně (u stejnosměrných zesilovačů), na požadovanou hodnotu. Používá se ale i v
zapojeních, kde je potřeba změnit tvar signálu a podobně.
Obvykle udávanými parametry jsou u nich zisk, šířka zesilovaného pásma a zkreslení.
Dělí se podle zapojení tranzistorů:
-
se společným editorem SE
se společnou bází SB
se společným kolektorem SC
operační zesilovače
Univerzální stejnosměrný zesilovací analogový elektronický obvod. Operační zesilovač je často v praxi
a pro výpočty nahrazován ideálním operačním zesilovačem. Původně byly z elektronek a sloužily
k výpočtu matematických operací. Dnes jako integrované obvody konstruované jak z bipolárních
tranzistorů, tak z unipolárních MOSFET tranzistorů.
Základní logické členy
Kombinační číslicové obvody
Sekvenční číslicové obvody
viz skripta z Elektroniky.
Download

Fyzika vedení proudu ve vakuu a v pevné fázi