Katalogowe parametry przykładowych elementów energeelektronicznych - Notatki - Elektrotechnika, Notatki'z Elektrotechnika. Kazimierz Wielki University in Bydgoszcz
Eugen89
Eugen8926 marca 2013

Katalogowe parametry przykładowych elementów energeelektronicznych - Notatki - Elektrotechnika, Notatki'z Elektrotechnika. Kazimierz Wielki University in Bydgoszcz

PDF (801 KB)
49 strona
628Liczba odwiedzin
Opis
Inżynieria: notatki z elektrochniki - zagadnienia odnoszące się do katalogowe parametry przykładowych elementów energeelektronicznych.
20punkty
Punkty pobierania niezbędne do pobrania
tego dokumentu
Pobierz dokument
Podgląd3 strony / 49
To jest jedynie podgląd.
3 shown on 49 pages
Pobierz dokument
To jest jedynie podgląd.
3 shown on 49 pages
Pobierz dokument
To jest jedynie podgląd.
3 shown on 49 pages
Pobierz dokument
To jest jedynie podgląd.
3 shown on 49 pages
Pobierz dokument

Wydział Elektrotechniki Informatyki i Telekomunikacji

KATALOGOWE PARAMETRY PRZYKŁADOWYCH ELEMENTÓW

ENERGEELEKTRONICZNYCH

Zielona Góra 2005

- 2 -

SPIS TREŚCI

1. ELEMENTY BIERNE………………………………………………………………….3 1.1. Rezystory…………………………………………………………………………3 1.1.1. Parametry rezystorów………………………………………………………3 1.1.2. Oznaczenia rezystorów……………………………………………………..4 1.2. Kondensatory…………………………………………………………………….7 1.2.1 Parametry kondensatorów…………………………………………………..7 1.3. Cewki indukcyjne………………………………………………………………12 1.3.1 Parametry cewek…………………………………………………………..13 2.BIERNE BEZZŁĄCZOWE ELEMENTY PÓŁPRZEWODNIKOWE……………15 2.1. Termistory NTC i PTC………………………………………………………….15 2.1.1. Podstawowe parametry termistora NTC i PTC...........................................16 2.3. Warystory……………………………………………………………………….17 2.3.1. Parametry warystorów…………………………………………………….17 3. ELEMENTY JEDNOZŁĄCZOWE………………………………………………….19 3.1.Ogólna charakterystyka diód…………………………………………………….19 3.2. Diody prostownicze bipolarne…………………………………………………..20 3.2.1. Parametry diody prostowniczej…………………………………………...21 3.3. Diody unipolarne Schottyky’ego……………………………………………….23 3.4. Diody stabilizacyjne (Zenera)…………………………………………………..26 3.4.1. Parametry diody stabilizacyjnej…………………………………………..26 4. CZYNNE ELEMENTY PÓŁPRZEWODNIKOWE WIELOZŁĄCZOWE……...28 4.1. Tranzystor bipolarny mocy……………………………………………………..28 4.1.1. Parametry tranzystorów…………………………………………………...29 4.1.2. Zastosowanie tranzystorów…………………………………………….....30 4.2. Tranzystor unipolarny FET……………………………………………………..30 4.2.1. Tranzystory polowe złączowe FET……………………………………….31 4.2.2. Zasada działania tranzystora polowego FET……………………………...32 4.2.3. Parametry i charakterystyki tranzystora polowego JFET……………........33 4.3. Tranzystor unipolarny MOSFET……………………………………………….35 4.3.1. Zasada działania tranzystora MIS (MOS)………………………………...35 4.3.2.Charakterystyki tranzystorów MOSFET………………………………....38 4.4. Tranzystor bipolarny z izolowaną bramką IGBT (BIMOS)……………………39 5. ELEMENTY PRZEŁĄCZNIKOWE……………………………………………..….40 5.1. Diaki…………………………………………………………………………….40 5.1.1. Parametry diaków…………………………………………………………...40 5.2. Triaki………………………………………………………………………………….41 5.2.1 Parametry triaków…………………………………………………………...42 5.3. Tyrystory………………………………………………………………………..43 5.3.1. Parametry i charakterystyki tyrystorów…………………………………….43 5.3.2. Zalety i wady tyrystorów…………………………………………………...47 5.4. Fototyrystor……………………………………………………………………..47 6. LITERATURA………………………………………………………………………...49

- 3 -

1.ELEMENTY BIERNE.

1.1. REZYSTORY

Rezystor to najpopularniejszy element elektroniczny, zwykle zbudowany w postaci

wałeczka z dwoma wyprowadzeniami. Służy on najczęściej do ograniczania prądu lub

uzyskania wymaganych napięć. Najważniejszym parametrem rezystora jest rezystancja

oznaczana literą R. Jest to w uproszczeniu zdolność do przeciwstawienia się przepływowi

prądu.

1.1.1. Parametry rezystorów

Rezystancja nominalna- rezystancja, jaką powinien mieć rezystor.

Tolerancja- (klasa dokładności) - ponieważ ze względu na rozrzuty produkcyjne rezystory

nie mają rezystancji dokładnie zgodnej z rezystancją znamionową, podaje się maksymalne

dopuszczalne odchyłki. Wyraża się to w procentach wartości znamionowej.

Moc znamionowa- największa dopuszczalna moc wydzielana na rezystorze przy pracy

ciągłej w temperaturze otoczenia mniejszej niż 70 º C (dla niektórych typów 40 º C).

Napięcie graniczne- maksymalne napięcie stałe lub amplituda napięcia zmiennego, jakie

może być dołączone do rezystora w sposób ciągły.

Rezystancja krytyczna- rezystancja, przy której dla napięcia granicznego otrzymuje się

moc znamionową. Rezystory o rezystancji znamionowej większej niż krytyczna wolno

obciążać mocą tym mniejszą, im większa jest ich rezystancja znamionowa.

Napięcie szumów- w czasie pracy występują w nim szybkie, przypadkowe zmiany

rezystancji, które powodują powstawanie na jego końcówkach napięcia szumów,

proporcjonalne do napięcia doprowadzonego do rezystora. Napięcie szumów wywołane

jednym Voltem napięcia doprowadzonego jest parametrem rezystora charakteryzującym

jego właściwości szumowe.

Temperaturowy współczynnik rezystancji-oznaczony w krajowych źródłach TWR, lub

z angielskiego TCR, określa zmiany rezystancji pod wpływem temperatury. Czym

mniejsza wartość TCR, tym bardziej stabilny rezystor. Wartość TCR podaje się w %/K lub

ppm/K (gdzie 1%=104 ppm).

- 4 -

Niestabilność parametrów rezystora w zależności od warunków otoczenia. Jednym z

głównych czynników warunkujących zachowanie parametrów rezystora jest temperatura.

Oprócz rezystancji zmieniają się także inne parametry. Dopuszczalne obciążenie

rezystorów jest stałe do pewnej granicy temperatury (zazwyczaj ok. 60˚C), po której

przekroczeniu następuje jego spadek z 100 do 0% na długości ok. 40˚C. Na parametry

mają wpływ także inne czynniki zewnętrzne zawarte parametrów tabeli 1.1.

Tabela 1.1. Zmiany rezystancji rezystora węglowego w zależności od czynników zewnętrznych Czynnik Zmiana rezystancji Na stałe

R = 1k R = 10 M.

Lutowanie (350˚C w odległości 3 mm ± 2% ± 2% tak

Cykliczne obciążanie (500-krotne włączanie i

wyłączanie napięcia w ciągu 1000 godzin) ± 4 – 6% ± 4 – 6% tak

Wibracje (20 g) i wstrząsy (100 g) ± 2% ± 2% tak

Wilgotność (wilgotność względna 95% w

temp. 40˚C) + 6% + 10% nie

Współczynnik napięciowy (zmiana o 10 V) -0,15% -0,3% nie

Temperatura (25˚C do -15˚C) +2,5% +4,5% nie

Temperatura (25˚C do 85˚C) +3,3% +5,9% nie

1.1.2. Oznaczenie rezystorów.

W oznaczeniach rezystorów stosuje się trzy kody:cyfrowy, cyfrowo- literowy i barwny

paskowy.

Kod cyfrowy polega na zapisywaniu wartości rezystancji, tolerancji, temperaturowym

współczynniku rezystancji itp. za pomocą cyfr, np.: 210 , 1 k , 1,2

Mkitp. ( W praktyce często pomija się symbol  przy zapisie

wartości większych od1000 Ω, a więc 1kΩ może być zapisany jako 1k).

Kod cyfrowo- literowy natomiast polega na zastąpieniu niektórych wartości literami

(tabela 1.2.a, b, c). W przypadku kodu MIL mnożnikiem wartości rezystancji jest ostatnia

cyfra.

- 5 -

Tabela 1.2. Kody cyfrowo literowe

a) wartości rezystancji

Wartość rezystancji Według IEC Według MIL

0,22 Ω R22 -

3,9 Ω 3R9 3R9

75 Ω 75R 750

910 Ω 910R, K91 911

1,8 kΩ 1K8 182

62 kΩ 62K 623

470 kΩ 470K, M47 474

5,6 MΩ 5M6 565

36 MΩ 36M 366

1,54 kΩ 1K54 1541

43,2 kΩ 43K2 4322

931 kΩ 931K 9313

1,24 MΩ 1M24 1244

b) tolerancji

KodTolerancja

N 30%

M. 20%

K 10%

J 5%

G 2%

F 1%

D 0,5%

C 0,25%

B 0,1%

W 0,05%

P 0,002%

L 0,001%

E 0,0005%

- 6 -

c) współczynnika temperaturowego

KodWspółczynnik

temperaturowy

T0 100 ppm/K

T2 50 ppm/K

T9 25ppm/K

T10 15 ppm/K

T13 10 ppm/K

T16 5 ppm/K

T18 1 ppm/K

Trzeci z ostatnich kodów kod barwny jest nieco bardziej skomplikowany. Na oporniku

istnieją wtedy 3 do 6 pasków. W przypadku oznaczenia trójpasmowego (rys. 1.1.a) dwa

pierwsze paski to dwie pierwsze cyfry wartości rezystancji, trzeci pasek to tzw. mnożnik,

czyli wartość, przez jaką należy pomnożyć dwie pierwsze cyfry. W kodzie

czteropaskowym (rys. 1.1.b) 2 pierwsze paski informują o dwóch pierwszych cyfrach

wartości rezystancji, 3 pasek to mnożnik, a 4 - tolerancja. Kod pięciopaskowy (rys. 1.1.c).

3 pierwsze paski to 3 pierwsze liczby wartości rezystancji, 4 pasek to mnożnik, a 5 to

tolerancja. W kodzie 6-paskowy (rys. 1.1.d) natomiast 3 pierwsze paski to 3 pierwsze

liczby wartości rezystancji, 4 pasek oznacza mnożnik, 5 - tolerancje, a 6 - współczynnik

temperaturowy. Każdy kolor ma ustaloną międzynarodowo wartość, które zostały

przedstawione w tabeli numer 1.3.

Rysunek 1.1.

a) b) c) d)

mnożnik mnożnik

tolerancja tolerancja

- 7 -

Tabela 1.3. Kody barwne rezystorów.

KolorCyfry znacząceMnożnikTolerancja

Współczynnik

temperaturowy

[ppm/K]

Srebrny - 0,01 10% -

Złoty - 0,1 5% -

Czarny 0 1 - 250

Brązowy 1 10 1% 100

Czerwony 2 100 2% 50

Pomarańczowy 3 1 000 15% -

Żółty 4 10 000 - 25

Zielony 5 100 000 0,5% 20

Niebieski 6 1 000 000 1,25% 10

Fioletowy 7 107 0,1% 5

Szary 8 108 - 1

Biały 9 109 - -

Brak paska - - 20% -

1.2. Kondensatory

Kondensatory są to elementy elektryczne, których podstawowym parametrem użytkowym

jest pojemność C wyrażana w faradach (F). Kondensator stanowi układ, co najmniej

dwóch elektrod wykonanych z materiału przewodzącego (metalu) odizolowanych od siebie

dielektrykiem.

1.2.1 Parametry kondensatorów.

Podstawowymi parametrami kondensatora są pojemność znamionowa wraz z

tolerancją oraz napięcie znamionowe i stratność dielektryczna(tangens kąta strat). Do

ważniejszych parametrów kondensatora zalicza się napięcie probiercze, dopuszczalne

napięcie przemienne, rezystancję izolacji, temperaturowy współczynnik pojemności.

Pojemność znamionowa C kondensatora jest to wartość pojemności założona przy

wytwarzaniu kondensatora, która z uwzględnieniem tolerancji jest podawana jako jego

cecha. W określonych warunkach różnica między pojemnością rzeczywistą a znamionową

kondensatora, tj. odchyłka pojemności kondensatora, nie może być większa niż wartość

wynikającaztolerancji.

- 8 -

Wartości pojemności znamionowej tworzą ciągli liczb, które (podobnie jak dla rezystorów)

oznacza się symbolami E3, E6, E12 itd.

Czynnikiem, który w największym stopniu wpływa na pojemność kondensatora, poza

powierzchnią i odległością elektrod, jest zdolność dielektryka (w ujęciu makroskopowym)

do przyjęcia ujemnego ładunku w pobliże dodatniej elektrody, i dodatniego ładunku w

pobliże elektrody ujemnej, co powoduje, że wpływ odległości między elektrodami

zmniejsza się

Napięcie znamionowa Un kondensatora jest to wartość napicia stałego (dla niektórych

kondensatorów wartość napięcia przemiennego o określonej częstotliwości, zwykle 50

Hz), które może być długotrwale doprowadzone do kondensatora nie powodując jego

uszkodzenia ani jakiejkolwiek trwałej zmiany jego parametrów. Wartości napięcia

znamionowego są znormalizowane, przykładowo biorąc, są to wartości 25 V, 63 V, 100 V,

160 V, 250 V, itd. Przez określony czas (zwykle 1 minutę) kondensator powinien także bez

żadnej szkody wytrzymać napięcie o większej wartości, nazywane napięciem probierczym

Up (w zależności od typu kondensatora Up = 1,4 - 2,5 Un). Wartość obu tych napięć dla

danego typu kondensatora zależy również od warunków pracy kondensatora, tj. rodzaju

doprowadzonego napięcia (stałe, przemienne, impulsowe) oraz temperatury otoczenia,

przy czym zmniejsza się ona ze wzrostem zarówno częstotliwości, jak i temperatury. Jeżeli

do kondensatora jest doprowadzone napięcie zmienne, to w pierwszym przybliżeniu

można przyjąć warunek, aby suma składowej stałej i składowej przemiennej nie

przekraczała wartości napięcia znamionowego określonego dl przebiegu prądu stałego.

Stratność kondensatora, tj. jednostkowe straty energii wynikające z pracy kondensatora

przy napięciu przemiennym, charakteryzuje tangens kąta strat (czyli tg ). Straty

kondensatora są zazwyczaj większe niż samego dielektryku ze względu na występowanie

strat w elektrodach i doprowadzeniach. Wartość strat zależy od częstotliwości i

temperatury, przy czym przebieg tej zależności jest złożoną funkcją polaryzacji i

konduktancji (przewodności) dielektryku kondensatora. W katalogach wartość tg podaje

się dla ściśle określonej częstotliwości pomiarowej, zwykle 1 kHz lub 1 MHz (dla

kondensatorów elektrolitycznych - 100 Hz).

ESR (zastępcza rezystancja szeregowa) reprezentuje całkowite straty w kondensatorze,

które poza rezystancją szeregową doprowadzeń i elektrod Rs, obejmują straty w

dielektryku, powstające przy oddziaływaniu na niego zmiennego pola elektrycznego. ESR

jest funkcją częstotliwości i temperatury.

- 9 -

ESL (szeregowa indukcyjność zastępcza), jest indukcyjnością wyprowadzeń i elektrod LS.

Indukcyjność współczesnych kondensatorów zwykle zawiera się w zakresie 10-100 nH.

Odporność na napięcie impulsowe określa, z jaką częstotliwością kondensator może

być ładowany i rozładowywany. Zmiany napięcia powodują przepływ prądu przez

elektrody i doprowadzenia, w rezystancji, których następuje wydzielenie pewnej mocy.

Gdy gęstość prądu w elektrodach będzie duża, wzrasta oporność własna, a w związku z

tym straty mocy. Przy bardzo wysokich prądach może nastąpić stopienie i wyparowanie

elektrod i wówczas w kondensatorze powstaje ciśnienie gazów, które może mieć fatalne

skutki. Zmiany napięcia prowadzą ponadto do strat w dielektryku, które wspólnie ze

stratami w rezystancji powodują wzrost temperatury kondensatora.

Odporność na napięcie impulsowe jest podawane łącznie z napięciem pracy, które jest

równe nominalnemu. Odporność na napięcie impulsowe jest parametrem katalogowym i

zależy od przyjętych warunków badania. W zależności od przyjętej metody (zgodnej z

obowiązującymi normami) ilość impulsów, ich częstotliwość, wzrost temperatury itd.,

mogą być różne.

Maksymalne napięcie pracy zależy od wielu czynników m.in. od wytrzymałości

elektrycznej dielektryka, jego grubości, odległości między elektrodami i

wyprowadzeniami, rodzaju obudowy. Odporność na przebicie zależy od temperatury i

częstotliwości. Dlatego należy uważać, żeby nie przekroczyć maksymalnego napięcia w

danych warunkach. Nawet, gdy nie nastąpi bezpośrednie przebicie dielektryka zbyt

wysokie natężenie pola elektrycznego może spowodować długotrwałe zmiany w

dielektryku. Kiedy kondensator został naładowany a dipole dielektryka powstały i zostały

obrócone w kierunku napięcia pola, to po rozładowaniu kondensatora nie wszystkie

powracają do swojej pierwotnej pozycji. Te dipole, które pozostały w swoim nowym

położeniu powodują, że w rozładowanym kondensatorze pozostaje pewne napięcie.

Zjawisko to nazywa się absorpcją dielektryczną i występuje w większym lub mniejszym

stopniu we wszystkich kondensatorach. W niektórych zastosowaniach np. w obwodach

próbkujących, podtrzymujących i w układach audio, wymaga się, żeby była ona tak niska

jak tylko to jest możliwe. Absorpcję dielektryczną mierzy się w procentach napięcia

początkowego, po pewnym czasie od początku zwarcia. Istnieje cały szereg

znormalizowanych metod pomiaru tego parametr

- 10 -

Tabela 1.4. Oznaczenia barwne kondensatorów

Barwa paska

(kropki)

Temp.

współczynnik

pojemności

[ppm/K=10-

6/1°C]

Pojemność znamionowa [pF] Tolerancja pojemności

Pierwsza

cyfra

Druga

cyfra Mnożnik C≤10pF C>10pF

Pierwszy znak Drugi znak Trzeci

znak

Czwarty

znak Piąty znak

Srebrny - - - 0,01 - ±10%

Złoty - - - 0,1 - ±5%

Czarny 0 (NPO) - 0 1 - ±20%ZE)

Brązowy -33 (N33) 1 1 10 ±0,1pFZE) ±1%ZE)

Czerwony -75 (N75) 2 2 100 ±2pF

±0,25pFZE) ±2%

Pomarańczowy -150 (N150) 3 3 1 000 - -

Żółty -220 (N220) 4 4 10 000 - -

Zielony -330 (N330) 5 5 100 000 ±0,5pFZE) ±5%ZE)

Niebieski -470 (N470) 6 6 - ±0,25pF -

Fioletowy -750 (N750) 7 7 - - -

Szary - 8 8 - - -

Biały +33 (P33) 9 9 - ±1pF ±10%ZE)

Ciemnoniebieski +100 (P100) - - - - -

Brak -47 (N47) - - - ±0,5pF ±20%

Pomar. -pomar -1500 (N1500) - - - - -

Żółto -pomar -2200 (N2200) - - - - -

Zielon -pomar -3300 (N3300) - - - - -

Nieb. -pomar -4700 (N4700) - - - - -

Czarno -pomar -5600 (N5600) - - - - -

Czerw. fiolet.ZE* +100 (P100) - - -

*ZE- według oznaczeń europejskich

- 11 -

Tabela 1.5. Temperaturowy współczynnik pojemności w kodzie literowym. Zakres

temperaturowego

współczynnika

pojemności

[ppm/K=10-6/1°C]

Kod

Oznaczenie pełne – Kolor

emalii pokrycia

kondensatora

Barwa punktu lub paska

na jednobarwnym

pokryciu kondenstatora

+100 A Granatowy Ciemnoniebieski

+33 B Jasnoszary Różowy

0 C Czarny Czarny

-33 H Jasnobrązowy Brązowy

-47 N Niebieski Brak

-75 L Ciemnobrązowy Czerwony

-150 P Pomarańczowy Pomarańczowy

-220 R Żółty Żółty

-330 S Zielony punkt na pokryciu

jasnoszarym Zielony

-470 T Biały Niebieski

-750 U Czerwony Fioletowy

-1500 W Zielony Pomar. -pomar

-2200 K - Żółto -pomar

-3300 D - Zielono -pomar

-4700 E - Czarno -pomar

+140...-870 SL - Szary

+250...-1750 UM - Biały

Tabela 1.6. Tolerancja pojemności w kodzie literowym dla kondensatorów ≥10pF, w nawiasach dla <10pF

podawana wartość w pF.

Tolerancja [%] Kod Tolerancja [%] Kod

±0,005 E ±2,5 H

±0,01 L ±5 J

±0,02 P ±10 K

±0,05 W ±20 M.

±0,1 (±0,1) B ±30 N

±0,25 (±0,25) C -10...+30 Q

±0,5 (±0,5) D -10...+50 T

±1 (±1) F -20...+50 S

±2 G -20...+80 Z

- 12 -

Tabela 1.7 Napięcie znamionowe w kodzie literowym

Napięcie [V] Kod Napięcie [V] Kod

25 m 250 d

40 (50) l 400 e

63 a 630 f

100 b 1000 h

160 c 1600 i

500 nie oznacza się

Pojemność znamionowa w kodzie literowym w oznaczeniu rodzimym przedstawia się

następująco: litery p, n, μ i m zastępują mnożniki oraz przecinki między cyframi. Np.:

oznaczenie p15 oznacza kondensator 0,15 pF, 33m2 – 33,2 mF, 150p – 150 pF. W

oznaczeniach zachodnich stosuje się następującą regułę (podobną do tej z kodowania

wartości rezystancji w kodzie MIL): dwie pierwsze cyfry są cyframi znaczącymi, a trzecia

oznacza liczbę zer występującą po tych dwóch pierwszych cyfrach. Wartość jest podawana

w pF. I tak np.: 470 oznacza kondensator 47pF, 822 – 8200 = 8,2nF, 125 = 1 200 000 =

1,2μF.

1.3 Cewki indukcyjne

Cewka indukcyjna jest jednym z biernych elementów elektronicznych i

elektrotechnicznych, o parametrach odwrotnych w stosunku do kondensatora.

Cewka składa się z pewnej liczby zwojów drutu lub innego przewodnika nawiniętych np.

jeden obok drugiego na powierzchni walca (cewka cylindryczna), na powierzchni

pierścienia (cewka toroidalna). Wewnątrz zwojów może znajdować się dodatkowo rdzeń z

materiału diamagnetycznego lub ferromagnetycznego. Cewka jest elementem inercyjnym,

gromadzi energię w wytwarzanym polu magnetycznym. Podstawowym parametrem cewki

jest indukcyjność, wprost proporcjonalna do kwadratu ilości zwojów, dodatkowo zależna

od rozmiarów i własności rdzenia. Jednostką indukcyjności jest henr, symbol H. Dla prądu

stałego cewka jest zwarciem, dla prądu zmiennego wykazuje pewien opór, w przypadku

cewki nazywany reaktancją, tym większy im większa indukcyjność i częstotliwość prądu.

Reaktancja cewki określona jest wzorem:

XL = 2πfL (1.3.1)

gdzie:

f-częstotliwośćprąduwhercach

- 13 -

L-inducyjnośćcewkiwhenrach.

W przypadku sygnałów sinusoidalnych prąd w cewce wyprzedza o 90 stopni napięcie na

cewce, (stąd 'j' we wzorze na impedancję), impedancja cewki jest wartością czysto

urojoną.

W połączeniu z kondensatorem tworzy obwód rezonansowy, jeden z fundamentalnych

obwodówelektronicznych.

Dla prądu stałego odpowiednikiem indukcyjności jest stała cewki:

C = H / I (1.3.2)

gdzie:

H–natężeniepolamagnetycznego

I-natężenieprądu

1.3.1 Parametry cewek

Najważniejszymi parametrami cewek indukcyjnych jest indukcyjność znamionowa,

dobroć, stała indukcyjności, zakres przestrajania indukcyjności, współczynnik

temperaturowy.

Ponieważ cewki produkuje się do konkretnych zastosowań, indukcyjności znamionowe nie

tworzą szeregów wartości, jak to było w przypadku rezystorów i kondensatorów i nie są

również cechowane.

Dobroć cewki QL jest parametrem określającym jej jakość. Wartość dobroci zależy

głównie od stosunku indukcyjności do rezystancji strat. Dobroć jest tym mniejsza, im

większe są straty w cewce, a więc zależy od rodzaju przewodu, częstotliwości pracy itp.

Cewki dzieli się na:

- cewki o małej dobroci o QL od kilku do kilkudziesięciu;

- cewki o średniej dobroci o QL od kilkudziesięciu do około dwustu:

- cewki o dużej dobroci.

Stała indukcyjności cewki AL = L/Z1 jest wielkością charakteryzującą rdzeń i konstrukcję

cewki, i określa zależność indukcyjności od liczby zwojów (Z).

Zakres przestrajania indukcyjności jest zależny od konstrukcji cewki i rodzaju rdzenia.

Wyrażany jest w procentach. Wynosi on od kilkunastu procent dla cewek z rdzeniami

ekranującymi i dostrojczymi do kilku procent dla cewek posiadających jedynie rdzenie

dostrojcze.

Współczynnik temperaturowy indukcyjności αL wyraża się wzorem

- 14 -

αL = L2 – L1/L × 1/T2 – T1 × 10-6/*C (1.3.3)

gdzie: L2 - indukcyjność w temperaturze T2, L1 - indukcyjność w temperaturze T1,

L -indukcyjność w temp. 23*C. T2 > T1, przy czym T1 lub T2 jest równa 23*C. αL

określa względną zmianę indukcyjności na 1*C.

Kod barwny:

A – identyfikacja MIL

B, C, D – wartość indukcyjna

E – tolerancja.

Cyfra: Cyfra kolor

0 czarny

1 brązowy

2 czerwony

3 pomarańczowy

4 zółty

5 zielony

6 niebieski

7 fioletowy

8 szary

9 biały

przecinek złoty

Mnożnik

X1 czarny

X10 brązowy

X100 czerwony

X1000 pomarańczowy

Tolerancja

± 3 % pomarańczowy

± 5 % złoty

± 10 % srebrny

± 20 % Kolor obudowy

Tolerancja:

±3% - pomarańczowy

±5% - złoty

- 15 -

±10% - srebrny

±20% - kolor obudowy

2. BIERNE BEZZŁĄCZOWE ELEMENTY PÓŁPRZEWODNIKOWE

2.1. Termistor NTC i PTC

Termistor NTC jest nieliniowym rezystorem, którego rezystancja zależna jest silnie od

temperatury materiału oporowego. Jak wskazuje angielska nazwa - Negative Temperature

Coefficient - termistor posiada ujemny współczynnik temperaturowy, czyli rezystancja

maleje ze wzrostem temperatury. Charakterystykę R(T) termistorów NTC z

wystarczającym w praktyce przybliżeniem opisuje zależność:

Rt = Ro exp B (1/T - 1/To) (2.1.1)

w której T jes temperaturą termistora w kelwinach (K), To jest temperaturą odniesienia

zwykle 298 K (w katalogach elementów często stosuje się indeks 298 lub 25, jako że

temperatura 298 K odpowiada temperaturze 25°C), Ro jest wartością rezystancji termistora

w temperaturze To oraz B jest stałą materiałową termistora mającą wartość 2000-6000 K.

Termistory NTC są zbudowane z polikrystalicznych półprzewodników, które stanowią

mieszaniny związków chromu, manganu, żelaza, kobaltu, niklu i miedzi. Są zmieszane z

plastycznym środkiem wiążącym.

Termistor PTC ma dodatni współczynnik temperaturowy, tzn. jego rezystancja wzrasta

wraz ze wzrostem temperatury. Produkowane są one w podobny sposób jak termistory

NTC, ale ich podstawą jest BaTiO3 oraz SrTiO3, które domieszkuje się z różnymi

związkami chemicznymi. Poprzez obfite dodanie tlenu w czasie procesu chłodzenia,

otrzymuje się silnie dodatni współczynnik temperaturowy. Rezystancja nieco maleje przy

niskich temperaturach, ale po przekroczeniu punktu Curie materiału (Tc) - silnie wzrasta.

Temperatura przemiany (Tsw) jest to temperatura, przy której wartość rezystancji równa

jest dwukrotnej wartości rezystancji minimalnej. Termistory PTC produkowane są z

temperaturą Tsw pomiędzy 25 i 160°C (aż do 270°C, o ile są one produkowane jako

elementygrzewcze).

- 16 -

Termistory NTC stosuje się do np. pomiarów i regulacji temperatury, kompensacji

temperaturowej, opóźnienia czasowego i ograniczenia prądów rozruchu.

2.1.1. Podstawowe parametry termistora NTC i PTC.

Termistor opisywany jest następującymi parametrami:

rezystancja znamionowa (określana dla temp. 25°C),

tolerancja rezystancji znamionowej,

temperaturowy współczynnik rezystancji,

dopuszczalny zakres temperatury otoczenia.

Na przykład termistory NTC maja następujące parametry:

• rezystancja nominalna wynosi od 2,2W do 470 kW;

• tolerancja, w zależności od sposobu wykonania termistora, wynosi ą10% lub ą20%;

• temperaturowy współczynnik rezystancji, określony w temperaturze 25°C, wynosi od -

4,85 do -3%/K z tolerancją ą5% (termistor NTC501 ma tolerancję ą2%);

• dopuszczalna moc, która zależy od wykonania termistora, wynosi od 4,5 do 1500 mW.

Współczynnik temperaturowy oznacza maksymalny współczynnik temperaturowy

termistora PTC w tej części charakterystyki, w której jest ona najbardziej stroma.

Poniżej pokazane są przykładowe charakterystyki obu typów termistorów:

Rysunek 2.1. Przykładowe charakterystyki termistora NTC i PTC

- 17 -

Bardzo ważne jest, aby nie przekraczać maksymalnego napięcia. Może wówczas nastąpić

przebicie i termistor zostanie zniszczony. Nie można także szeregowo łączyć wielu

termistorów PTC, aby osiągnąć wyższą wytrzymałość napięciową. Znaczny spadek

napięcia powstanie i tak na jednym termistorze i on właśnie zostanie wtedy uszkodzony.

Termistory PTC stosuje się jako zabezpieczenia przeciwko nadmiernemu prądowi np. w

silnikach elektrycznych, samoregulujących elementach grzewczych, do obwodu

rozmagnesowania w telewizorach kolorowych, obwodach opóźniających i do

wskazywaniatemperatury.

2.3. Warystory

Warystory są to rezystory wykonane z półprzewodnika, których rezystancja zależy

od napięcia doprowadzonego do ich zacisków.

Warystory mają nieliniową charakterystykę napięciowo – prądową, którą określa wzór:

DIU  (2.3.1.)

w którym:

U – napięcie doprowadzone do warystora,

I – prąd płynący przez warystor,

D – rezystancja, której wartość jest równa spadkowi napięcia na warystorze w

wyniku przepływu prądu stałego o wartości 1A,

β – współczynnik nieliniowości.

2.3.1. Parametry warystorów:

Współczynnik nieliniowości, wyznaczony na podstawie pomiaru spadków napięć (U1, U2)

wywołanymi różnymi prądami (I1, I2),

21

21

21

21

/lg /lg

lglg lglg

II UU

II UU

 

 (2.3.2)

jeśli: 10

2

1  I I

(2.3.3)

- 18 -

to U U1lg

(2.3.4)

wartość β zależy od materiału i technologii wykonania warystora;

napięcie charakterystyczne – spadek napięcia na warystorze, określany dla

stałej wartości prądu płynącego przez niego;

moc znamionowa.

Rys. 2.3. Charakterystyka napięciowo – prądowa warystora.

Warystory wykonuje się z masy złożonej z proszku węglika krzemu (karborundu) i

ceramicznego spoiwa jako spiek.

Produkuje się dwa podstawowe typy warystorów:

walcowe (typu WN) o napięciu charakterystycznym 470 – 1300V,

dyskowe (typu WD) o napięciu charakterystycznym 8 – 330V.

Warystory stosuje się do zabezpieczania obwodów elektrycznych przed przepięciami, do

stabilizacji napięcia, ochrony styków, w układach przetworników częstotliwości itp.

50

100

U

V

mA I

- 19 -

3. ELEMENTY JEDNOZŁĄCZOWE

3.1. Ogólna charakterystyka diod

Dioda półprzewodnikowa to element wykonany z półprzewodnika, zawierającego

jedno złącze – najczęściej p-n z dwiema końcówkami wyprowadzeń.

Złączem nazywa się atomowo ścisły styk dwóch kryształów ciała stałego.

Odległość między stykającymi się obszarami jest porównywalna z odległościami między

atomami w kryształach.

Diody są stosowane w układach analogowych i cyfrowych. W układach

analogowych wykorzystywana jest zależność rezystancji dynamicznej od napięcia lub

prądu wejściowego, lub też zmiany pojemności w funkcji napięcia. W układach cyfrowych

istotne są właściwości przełączające diody.

Diody półprzewodnikowe stosuje się w układach prostowania prądu zmiennego, w

układach modulacji i detekcji, przełączania, generacji i wzmacniania sygnałów

elektrycznych.

Diody klasyfikujemy ze względu na:

 materiał

- krzemowe

- germanowe

 konstrukcję

- ostrzowe i warstwowe

- stopowe i dyfuzyjne

- mesa

- planarne i epiplanarne

 strukturę fizyczną złącza

- p-n

- MS

- Heterozłącza

 zastosowanie

- prostownicze

- 20 -

- uniwersalne

- impulsowe

- stabilitrony – Zenera

- pojemnościowe – warikapy i waraktory

- tunelowe

- mikrofalowe: detekcyjne i mieszające

 przebiegające zjawiska

- Zenera

- Gunna

- lawinowe

- tunelowe

Rys. 5.1. Podział diod ze względu na zastosowanie.

3.2. Diody prostownicze bipolarne

Diody prostownicze są przeznaczone do prostowania napięcia bądź prądu

przemiennego o małej częstotliwości. Prostowanie jest to przetwarzanie prądu

przemiennego na prąd jednokierunkowy.

Diody zaczynają przewodzić dopiero po przekroczeniu pewnej wartości napięcia w

kierunku przewodzenia. Dla diod krzemowych wynosi ona ok. 0,7V, a dla germanowych

ok. 0,3 V. Diody prostownicze są stosowane w układach prostowniczych urządzeń

zasilających, przekształcających prąd zmienny w jednokierunkowy prąd pulsujący. W

KRZEMOWE GERMANOWE

PROSTOWNICZE ŚREDNIEJ I DUŻEJ

MOCY

PROSTOWNICZE ŚREDNIEJ I

DUŻEJ MOCY

DETEKCYJNE FOTODIODY DUŻEJ

LUMINENSCENCYJN IMPULSOWE WARIKAPY I WARAKTORY

ZENERA FOTODIODY

DIODY PÓŁPRZEWODNIKOWE

MAŁEJ MOCY

MAŁEJ MOCY

MAŁEJ

CZĘSTOTLIWOŚCI

- 21 -

układzie prostowniczym dioda spełnia funkcję zaworu jednokierunkowego. Wykorzystuje

się tutaj właściwość polegająca na różnicy zdolności przewodzenia prądu w kierunku

wstecznym i w kierunku przewodzenia. Przez diodę prostowniczą na ogół płyną duże

prądy w kierunku przewodzenia, dlatego też stosujemy diodę warstwową wykonaną z

krzemu.

Diody prostownicze mają małą rezystancję w kierunku przewodzenia – rzędu

pojedynczych Ω, co pozwala na uzyskanie dużych sprawności prostowania.

Mamy diody prostownicze takie jak:

 diody wysokiego napięcia,

 diody typowe,

 diody mocy,

 diody szybkiej mocy,

 stos diodowy,

3.2.1 Parametry diody prostowniczej

 napięcie przewodzenia – UF, przy określonym prądzie przewodzenia,

 prąd wsteczny – IR, przy określonym napięciu w kierunku zaporowym,

 czas ustalania się prądu wstecznego – t,

 pojemność – C, przy określonym napięciu przewodzenia.

Dopuszczalne (graniczne) parametry:

 maksymalny prąd przewodzenia – I0;

 szczytowe napięcie wsteczne – URWM;

 parametr przeciążeniowy – I2t, podawany dla diod mocy.

Diody prostownicze wykonuje się głównie z krzemu. Wartość prądu płynącego przez

diodę spolaryzowaną w kierunku przewodzenia jest 106 – 108 razy większa od wartości

prądu w kierunku zaporowym.

Diody prostownicze ze względu na wydzielaną w nich moc dzielimy na:

 małej mocy – (>1 W),

 średniej mocy – (1 – 10W),

 dużej mocy – (<10 W),

- 22 -

a) b)

c)

Rys. 3.1. Dioda prostownicza.

a) symbol diody prostowniczej, b) charakterystyka prądowo – napięciowa diody prostowniczej –

rzeczywista, c) charakterystyka prądowo – napięciowa diody prostowniczej – aproksymująca.

Gdzie: URWM – maksymalne napięcie wsteczne, UF – napięcie przewodzenia, I0 – maksymalny prąd

przewodzenia.

Diody, przez które płynie prąd o wartości większej niż 10 A mają radiator, który

odprowadza wydzielane ciepło do otoczenia. Gdy zastosowanie radiatora jest

niewystarczające wtedy należy diodę chłodzić wymuszonym opływem powietrza, a nawet

specjalną cieczą. Jeżeli chcemy uzyskać większy prąd przewodzenia przy tym samym

napięciu, to możemy połączyć diody równolegle. Jeśli chcemy mieć dodatkowo jednakowe

prądy płynące przez poszczególne diody, to do każdej z nich dołączamy szeregowo

rezystor o niewielkiej wartości. Jeśli chcemy zwiększyć napięcie wsteczne przy tym

samym prądzie, to w miejsce jednej diody wstawiamy kilka diod połączonych szeregowo.

(+)

(-)

U0

IF

UR URWM

I0

0 UF(I0) UF

IR

IR(URWM)

- 23 -

3.3 Diody unipolarne Schottky’ego

Dioda Shottky’ego jest unipolarnym elementem półprzewodnikowym, w którym

wykorzystuje się właściwości prostownicze złącza metal-półprzewodnik o cechach

zbliżonych do złącza PN. Materiałem półprzewodnikowym, zwykle typu N, jest krzem, na

który nanosi się cienką powłokę metalową (złoto, platynę, pallad lub srebro). Podobnie jak

w złączu PN, powstaje warstwa ładunku przestrzennego tworząca barierę potencjału.

Bariera ta ulega zwężeniu lub poszerzeniu w zależności od biegunowości przyłożonego

napięcia zewnętrznego. Charakterystyka statyczna diody unipolarnej jest podobna do

charakterystyki diody warstwowej.

Rys.3.2 Struktura diody unipolarnej (Schottky); 1-powierzchnia metalizowana, 2-złącze

Rys.3.3 Przykładowa charakterystyka napięciowo - prądowa (dla różnych wartości temperatury złącza)

- 24 -

W porównaniu z diodą warstwową dioda Schottky’ego ma dwie ważne zalety: znacznie

mniejsze (około 0,35 V) napięcie przewodzenia i zdecydowanie mniejszy czas wyłączenia

(około 10 ns), co wynika z braku w stanie przewodzenia ładunku nadmiarowego

tworzonego w otoczeniu strefy złączowej przez nośniki mniejszościowe (o przepływie

prądu decydują tutaj tylko nośniki większościowe). Diody szybkie domieszkowane złotem

wykazują łagodny zanik przebiegu prądu wstecznego (rys.3.7.), co ogranicza wartość

szczytową przepięć. Do zalet diod Schottky’ego należy także duża przeciążalność prądowa

przy impulsach o krótkich czasach trwania.

Główną wadą krzemowych diod unipolarnych jest stosunkowo mała wartość napięcia

przebicia złącza, nieprzekraczająca około 100 V do 200V (a ostatnio 300 V), co wyklucza

je z większości zastosowań w obwodach głównych przekształtników z wyjątkiem urządzeń

niskonapięciowych. Z powodu mniejszych strat mocy wyłączania (w porównaniu z

diodami warstwowymi) znajdują one zastosowanie także w układach o podwyższonej

częstotliwości łączeń oraz w obwodach sterowania PPM. Obszary napięć i prądów

granicznych pokazane są na rys.3.4.

Rys.3.4 Wartości parametrów granicznych diod prostowniczych

- 25 -

Rys.3.5. Porównanie charakterystyk przewodzenia wysokonapięciowych (ok. 900 V) krzemowych diod

prostowniczych łączonych odwrotnie równolegle z przyrządami sterowanymi bramkami MOS ;1-dioda PIN,

2-dioda Schottky, 3-dioda scalona MPS

Rys.3.6 Porównanie charakterystyk U-I w stanie przewodzenia diod prostowniczych (30 A) ; 1-dioda

Schottky, 2-dioda standardowa PIN

Rys.3.7. Porównanie czasów odzyskiwania zdolności zaworowych (trr) dla różnych diod

prostowniczych; A-dioda Schottky, B-dioda szybka domieszkowana złotem o łagodnym

komentarze (0)
Brak komentarzy
Bądź autorem pierwszego komentarza!
To jest jedynie podgląd.
3 shown on 49 pages
Pobierz dokument