1Burny Nndor, mgr.

AZ ELEKTRONIKA ALAPJAI-jegyzet-

Szabadkai Mszaki Fiskola, 2001.

21. AZ ELEKTRONIKAI ALKATRSZEK ...................................................................................................................5

1.1. A PASSZV ALKATRSZEK ................................................................................................................................61.1.1. Az ellenllsok ..................................................................................................................................................61.1.2. A kondenztorok................................................................................................................................................91.1.3. A tekercsek ......................................................................................................................................................121.1.4. A transzformtorok .........................................................................................................................................141.1.5. A vegyi ramforrsok......................................................................................................................................151.1.6. A htk ............................................................................................................................................................171.1.7. A kapcsolk .....................................................................................................................................................171.1.8. A csatlakozk ..................................................................................................................................................181.1.9. A biztostkok ..................................................................................................................................................191.1.10. Az rzkelk (szenzorok) ...............................................................................................................................211.1.11. A vezetkek s kbelek...................................................................................................................................221.1.12. A kszlk doboza .........................................................................................................................................22

1.2. AZ AKTV ALKATRSZEK ...............................................................................................................................231.2.1. A didk ..........................................................................................................................................................231.2.2. A bipolris tranzisztorok .................................................................................................................................261.2.3. A JFET-ek .......................................................................................................................................................311.2.4. A MOSFET-ek .................................................................................................................................................331.2.5. A tirisztorok.....................................................................................................................................................361.2.6. Az IGBT-k........................................................................................................................................................401.2.7. Az optoelektronikai alkatrszek.......................................................................................................................42

2. ALAPRAMKRK AZ ELEKTRONIKBAN ..................................................................................................44

2.1. A PASSZV RAMKRK.................................................................................................................................452.1.1. Az RC alultereszt .........................................................................................................................................452.1.2. Az RC felltereszt ........................................................................................................................................472.1.3. A feszltsgosztk............................................................................................................................................482.1.4. Az RC svszr................................................................................................................................................502.1.5. Az LC szrk ...................................................................................................................................................502.1.6. A Wien-hd ......................................................................................................................................................512.1.7. Soros RLC rezgkr ........................................................................................................................................522.1.8. A prhuzamos RLC rezgkr ..........................................................................................................................53

2.2. A LOGIKAI RAMKRK ................................................................................................................................542.2.1. A logikai ramkrk ltalnos jellemzi.........................................................................................................542.2.2. Logikai kapcsolsok didkkal .......................................................................................................................552.2.3. A tranzisztoros logikai inverter .......................................................................................................................572.2.4. A DTL s TTL ramkrk ...............................................................................................................................582.2.5. Az ECL ramkrk..........................................................................................................................................592.2.6. Az I2L ramkrk ............................................................................................................................................602.2.7. A MOS logikai ramkrk ..............................................................................................................................61

2.3. AZ ERST RAMKRK .............................................................................................................................642.3.1. Erst modelek...............................................................................................................................................652.3.2. A visszacsatolt erstk ...................................................................................................................................662.3.2. A mveleti erstk..........................................................................................................................................682.3.4. ramkrk mveleti erstkkel......................................................................................................................692.3.5. A kzs emitter erst ..................................................................................................................................742.3.6. A kzs kollektor kapcsols ..........................................................................................................................782.3.7. Kzs bzis kapcsols ...................................................................................................................................792.3.8. A tranzisztoros differencil-erst .................................................................................................................802.3.9. ramforrsok, aktv terhelsek, ramtkrk...................................................................................................822.3.10. A mveleti erstk bels felptse s vals paramterei ............................................................................85

2.4. A NEMLINERIS KAPCSOLSOK...................................................................................................................892.4.1. Vg- s vd kapcsolsok..............................................................................................................................892.4.2. A modultorok s a demodultorok ................................................................................................................912.4.3. Az egyenirnytk............................................................................................................................................94

32.4.4. Feszltsgtbbszrz kapcsolsok ................................................................................................................992.4.5. Nemlineris erstk .....................................................................................................................................100

4ELSZ

Ez a jegyzet a Szabadkai Mszaki Fiskola hallgati rszre kszlt, az Elektronika alapjainev tantrgybl tartott eladsok anyagt tartalmazza. Igyekeztem sszefoglalni mindazokat azismereteket, amelyek szksgesek az elektronikra pl tantrgyak elsajttshoz valamint aksbbi mrnki munkhoz.

Brki hasonl munkba fog, az alapvet nehzsg, amivel szemben tallja magt, az a bsgzavara. Habr az elektronika mindssze szz ves mltra tekint vissza, a tudomnyos s technikaiismeretek nagyon felhalmozdtak. A gyors fejlds folyamn, jabb s jabb alkatrszek kerltekforgalomba, ami jabb alkalmazsokat tett lehetv, ugyanakkor gyakran a korbbi eszkzk selvek sem vltak feleslegess.

A hallgatk szmra ez a gond gy fogalmazdik meg, hogy az elektronikban rengeteg jfogalommal kell megismerkedni. Hatrozottan llthat, hogy az itt felmerl j fogalmak szma atbbszrse az egyes ms trgyakban fellelhetknek. Radsul ezeket a fogalmakatsszefggseikben kell ismerni.

A szertegaz sszefggsek jelentik a msik nehzsget az r szmra. Hogyan kellrendszerezni a terjedelmes anyagot, hogy a dolgok logikusan kvetkezzenek egymsbl, s nekelljen folyton a ksbbi fejezetekre hivatkozni? Az elektronika tantsban az utbbi kt vtizedkivtelvel, a trtnelmi sorrend volta az uralkod. Az alkatrszeket s a kapcsolsokat olyansorrendben ismertettk, ahogyan azok bekerltek az elektronikba. A nyolcvanas vektlkezdden tbb klasszikus tanknyv jelent meg, amelyek htat fordtanak a trtnelmiszemlletnek. ltalnosan elfogadott j rendszerezsi elv azonban nem alakult ki. Egyes szerzkfontossgi sorrendet lltanak fel: gy kerl a digitlis technika a lineris kapcsolsok el. Msok ahasonl sorrendet pedaggiai szempontokbl ltjk indokoltnak: knnyebb megrteni az alkatrszekkapcsol-zem viselkedst, mint a folyamatos (analg) jelek feldolgozst.

Ez a jegyzet igyekszik figyelembe venni az j elgondolsokat, ugyanakkor illeszkedik afiskolai oktats idbeli korltaihoz. Csak a lnyeges s gyakorlatban is hasznlhat ismeretekettrom a hallgatk el, azt is tmren.

Mivel az alapokat az alkatrszek kpezik, elszr azokkal ismerkednk meg (1. fejezet).Nhny alkatrsz sszekapcsolsval kapjuk a klnbz alapkapcsolsokat (2. fejezet). Alegbonyolultabb alkalmazsok is ezekre az alapkapcsolsokra vezethetk vissza. A 3. fejezet cljanem kevesebb, minthogy ttekintst adjon az sszes ma ismert elektronikai alkalmazsrl,funkcionlis blokkrl. ltalban csak a mkdsi elvek rvid lersra szortkoztam. Bizonyoselmleti htteret a 4. fejezetben vagy a felsorolt szakirodalomban tallhat a hallgat. A bonyolultabbszmtsokat mindenhol mellztem, mivel az ma a szmtgpek s a szimulcis szoftverek dolga.

Kvnom, hogy a hallgatk eredmnyesen hasznljk munkmat, s, leend jszakemberekknt, tudsukbl s munkjukbl meg tudjanak lni.

A szerz.

51. AZ ELEKTRONIKAI ALKATRSZEK

Mint a mszaki let brmely terlete, az elektronika is bizonyos alkatrszekre, eszkzkrepl. A knnyebb, jobb ttekints kedvrt ezeket kt csoportba osztjk: passzv s aktvalatrszeket klnbztetnk meg. Az aktv jelz azrt honosodott meg, mivel az ebbe a csoportbasorolt alkatrszek ltalban kpesek a jelek erstsre s kapcsolsra, mg a passzvalkatrszeknek ms szerepk van (csillapts, szrs, korltozs, bellts stb). A gyakorlatvalamelyest eltr ettl az elvtl. Az aktv alkatrszeket korbban az elektroncsvekkelazonostottk, ma viszont a flvezet alap eszkzket soroljk ide, mg akkor is, ha semkapcsolsra sem erstsre nem kpesek. Ugyanakkor van ellenplda is.

A hasonl rendeltets tanknyvek ltalban nem foglalkoznak a passzv alkatrszekkel.Mivel a fiskolai tanterv nem irnyoz el ms trgyat erre a clra, fontosnak tartottam bizonyosalapvet ismereteket eladni a passzv alkatrszek trgykrbl is. A mrnki gyakorlatban apasszv alkatrszek mretezse, kivlasztsa, beszerzse, beptse nem tekinthet msodrendfeladatnak. Ebben kvn segtsget nyjtani az 1. fejezet.

A 2. fejezet a flvezet alkatrszeket trgyalja. ltalnosan elfogadott elv, hogy a maielektronika tanknyvek nem foglalkoznak az elektroncsvekkel. Az elektroncsvek alkalmazsanem sznt meg telejesen, de olyannyira beszklt, hogy a bevezet jelleg irodalomban nemhelytll velk foglalkozni. A flvezet alap alkatrszek lersa msutt ltalban sokkalrszletesebb, nagyobb elmleti megalapozottsg. A gyakorlat azt mutatja, hogy a vgzett halgatkennek nem veszik hasznt. Kpletesen szlva, ha valakit varrni akarunk tantani, ne a t vegyisszettelre fektessk a hangslyt.

Ilyen rtelemben a flvezet eszkzk rvid lersra szortkoztam, ugyanazokat agyakorlati szempontokat figyelembe vve mindegyiknl (rajzjel, felpts, jelleggrbk, modelek,tpusok, tokozs). gy tekintem, ennyi elg a ksbbi fejezetek megrtshez.

61.1. A PASSZV ALKATRSZEK

Amint azt a fenti bevezetben elmondtuk, a passzv alkatrszek kz soroljuk az sszes nemflvezet alap elektronikai alkatrszt. Fontossgukat s sokflesgket legkesebben bizonytja atny, hogy a teljessgre trekv kereskedi katalgusok nagyobb rszt szentelnek nekik, mint aflvezet elemeknek. A passzv alkatrszek ltalban egy-kt paramterrel egyrtelmenjellemezhetk. Egyszersgk ellenre kell figyelmet kel fordtani a velk kapcsolatosszmtsokra s a kivlasztsukra, mert a kszlkek hasznlhatsga, megbzhatsga mlhatrajtuk.

A kvetkezkben sorra vesszk a fontosabb passzv alkatrszeket, megadva rajzjelket,fontosabb paramtereiket, felhasznlsi terleteiket stb.

1.1.1. Az ellenllsokEllenllsnak nevezhet minden olyan alaktrsz, amelynl egyrtelm sszefggs van a

rajta mrt feszltsg s rajta tfoly ram kztt, fggetlenl a feszltsg s az ram idbelilefolystl. Teht minden ellenllsra adott a v=f(i) sszefggs, amely az esetek tbbsgben av=Ri lineris alakra egyszersdik, ahol v a feszltsg, R az ellenllsrtk, i az ram. Agyakorlatban elfordul sokfle ellenllst hrom csoportra osztjuk:

a) Kznsges ellenllsoknak nevezzk azokat a lineris ellenllsokat, amelyeknl az Rellenlls-rtk gyrilag rgztett. Az ellenlls aktv rsznek anyaga sznrteg, fmrteg, vagyellenlls-huzal. Az aktv anyagot kermia tartra viszik fel, kivezetseket csatlakoztatnak hozz,s a szabad felleteket festssel vdik.

Az ellenlls f jellemzi az ellenllsrtk, a nvleges teljestmny s a trs (tolerancia).Az ellenlls rtke szles hatrok kztt vltozhat; j gyakorlatnak szmt, ha a 10-1M tartomnyon bell maradunk, de vannak esetek amikor az emltett t dekd helyett ht dekdszlessg tartomnybl vlasztjuk az ellenllsokat.

Az egy dekdon belli skln a gyrtk az ellenllsrtkeket mrtani sor szerint hatrozzkmeg. Ilyen sklk, illetve sorok az E6, E12, E24 stb. A sor nevben szerepl szm mindig az egydekdon belli rtkek szmt adja meg. A sorban az egyms utn kvetkez rtkeket gy kapjuk,hogy az elz rtket a (10)1/n szmmal szorozzuk (ahol n a sor nevben szerepl szm), majd amegfelel szm szmjegyre (2-3) kerektjk. Az egyes sorozatokban szerepl szmrtkek akvetkezk:

E6-os sorozat: 1,0; 1,5; 2,2; 3,3; 4,7; 6,8.E12-es sorozat: 1,0; 1,2; 1,5; 1,8; 2,2; 2,7; 3,3; 3,9; 4,7; 5,6; 6,8; 8,2.E24-es sorozat: 1,0; 1,1; 1,2; 1,3; 1,5; 1,6; 1,8; 2,0; 2,2; 2,4; 2,7; 3,0; 3,3; 3,6; 3,9; 4,3;

4,7; 5,1; 5,6; 6,2; 6,8; 7,5; 8,2; 9,1.Az ellenllsban a villamos teljestmny hv alakul, s melegedst okoz. A nvleges

teljestmny azt a villamos teljestmnyt adja meg, amely mellett az ellenlls nem melegszikbizonyos fokon tl. Az ersebb melegeds az ellenlls lettartamnak rohamos cskkenshezvezet. vtizedekig az W nvleges teljestmny ellenllsok voltak a legelterjedtebbek. Ma, amretek cskkentse vgett, mind gyakrabban alkalmaznak W-os s ennl kisebb nvlegesteljestmny ellenllsokat.

Az ellenllsok trse a nvleges ellenllsrtk krli vrhat szrst hatrozza meg. Mintminden sorozat-termknl, az ellenllsnl is kisebb-nagyobb eltrsek jelentkeznek aparamterekben. A trst szzalkokban adjk meg, jelentse a lehetsges eltrs hatra mindktirnyban.

1.1. bra. (a) Az NTC s(b) PTC ellenllsokhmrskletfggse.

1.1. tblzat. Az ellenllsoknl alkalmazott sznkdok jelentse.

Az ellenllsrtket s a trst ltalban sznkdokkal tntetik fel az ellenllsokon,feliratozst ritkn alkalmaznak (a nagyteljestmny- s a felletre szerelhet ellenllsok kivteltkpeznek). Az ellenlls-rtket gy kapjuk meg, hogy az els kt vagy hrom sznes csknakmegfelel szmokat egys mell rjuk, majd megszorozzuk a kvetkez csknak megfelel kitevjtzes alap hatvnnyal. Az utols csk a trst hatrozza meg. Az egyes sznek jelentst aszmrtk, a kitev s a trs esetre a 1.1. tblzat adja meg.

szn szmrtk szorz trsfekete 0 1barna 1 10 1%piros 2 100 2%narancs 3 1000 -srga 4 10 000 -zld 5 100 000 -kk 6 1000 000 -ibolya 7 - -szrke 8 - -fehr 9 - -arany - 0,1 5%ezst - 0,01 10%

b) A kznsges ellenllsokat gy szerkesztik meg, hogy a hmrskletfggsk minimlislegyen. Ezzel ellentten vannak hre jelentsen rzkeny ellenllsok. Ilyenek az NTC ellenllsok,amelyeknl az ellenllsrtk cskken a hmrsklet emelkedsekor, valamint a PTC ellenllsok,amelyeknl fordtott az eset (1.1. bra).

klet-mrs, valamint akszellena hlrtkellen

szm

0 100 200 300 400 T[K]

R NTC

0 100 200 300 400 T[K]

R PTC

(a) (b)Az NTC ellenllsoknak kt alkalmazsi terlete van: a hmrs7

lkek indtsakor fellp tlramok korltozsa. Indtskor az NTC ellenlls hideg,llsa jelents, jl korltozza a tlramokat, ezzel vdve a kszlk bemeneti fokozatt, illetvezati biztostkot. zem kzben az ellenlls hmrsklete emelkedik, cskken az ellenlls- s cskken a hfejlds, illetve a vesztesgek. Fontos adatok, a mretek mellett, a nvlegeslls (hideg llapotban) s a legnagyobb effektv ram, amelyiken mg alkalmazhatk.

A PTC ellenllsokat szintn egyrszt hmrsklet-mrsre hasznljk; jabb fejlesztsnektanak a tlterhels ellen vd PTC ellenllsok. Ez utbbiakat sorba ktik a fogyasztval.

81.2. bra. A varisztorokra jellemznemlineris feszltsg/ramjelleggrbe.

1.3. bra. A klnbz ellen-llsok rajzjelei: a) kzn-sges ellenlls, b) h-mrsklet-fgg ellenlls(NTC, PTC), c) varisztor, d)potencimter, e) trimmerpotencimter.

Hideg llapotban viszonylag kicsi az ellenllsuk, de az tfoly ram hatsra melegszenek, majdegy bizonyos hmrskletnl ugrsszeren megnvekszik az ellenllsuk, ami ltal gyakorlatilagkikapcsoljk a fogyasztt. Lehlve jra kisebb ellenlls-rtkre kapcsolnak vissza, s bekapcsoljka fogyasztt. Fontosabb adatok a nvleges ellenlls, a nvleges ram s a kapcsolsi ram.

A varisztorok esetben a v=f(i) nem lineris, de pozitv s negatv feszltsgreszimmetrikus. Tipikus varisztor jelleggrbt a 1.2. bra mutat be. A jelleggrbe lnyege, hogy a

nvleges feszltsgig a varisztoron tfoly ram elenysz, bizonyos kszbfeszltsgen tl pedigaz ram hirtelen nvekszik. ltalban a fogyasztk tlfeszltsg elleni vdelmre alkalmazzk ket,oly mdon, hogy prhuzamosan ktik a fogyaszt bemenetre.

Fontosabb adataik a nvleges (zemi) feszltsg, a letrsi feszltsg s a terhelhetsg(rvid idre, valamint llandsult zemben).

c) A potencimterek olyan ellenllsok amelyeknl az ellenlls kt vgpontja mellett egycsszrintkezt is ltestenek. Az aktv rsz itt is sznrteg, fmrteg vagy huzal. Ez acsszrintkez a kt vgpont kztt a csszfelleten tetszlegesen elmozdthat. Ilyen mdonvltoztathat az ellenllst, illetve vltoztathat feszltsg-osztt hozhatunk ltre. Az elmozdtstrtnhet egy tengely elforgatsval, vagy egy csuszka egyenesvonal mozgatsval.

Az ellenllsrtk vltozsa ltalban arnyos az elmozdts nagysgval (linerispotencimter), de lehet logaritmikus sszefggs is (logaritmikus potencimter). Ha a mozgatsvalamilyen szerszmmal trtnik, akkor trimmer potencimterrl beszlnk.

A potencimterek f adatai az ellenllsrtk, a maximlis teljestmny, valamint azelfordthatsg szgtartomnya. A potenciomterek tbbsge a teljes krnl valamivel kevesebbetfordthat (pl. 330o). Vannak viszont tbbmenetes kivitelek, amelyeknl a tengely pl. hrom vagytz teljes krrel fordthat. A tbbmenetes potenci-mterek viszonylag drgk, s csak klnsenpontos belltsoknl hasznlatosak.

Az ellenllsokra hasznlatos rajzjeleket az 1.3. brn lthatjuk.

I

V

T V

(a) (b) (c) (d) (e)

A kznsges ellenllsok mechanikai kivitele rendszerint axilis: az ellenlls testehengeres, a kivezetst kpez huzalokat a henger tengelye mentn kpezik ki. A felletre szerelhetellenllsok tglatest alakak. Ktoldalt fmsapkval ltjk el ket, ezek kpezik a kivezetseket.Az NTC s PTC ellenllsok, valamint a varisztorok mechanikai kivitele rendszerint radilis: azellenlls teste trcsa alak, a kivezetst kpez huzalok egymssal prhuzamosak. Az egyesmechanikai kiviteleket az 1.4. brn lthatjuk.

1.1.2. A kondenztorok A kondenztorok olyan elektronikai alkatrszek, amelyek bels villamos terkben jelents

energit kpesek felhalmozni. Az energia trolsa a fmrtegek (fegyverzetek) kzttiszigete ethalmo ozzjukcsatlak

(V) kkapaci

kplett

kplett

1.4. bra. Klnbz alak ellenllsok: a) felletre szerelhet kivitel b) axiliskivitel, c) radilis kivitel.

(b) (c)(a)lrtegben (dielektrikum) trtnik, ha a fmfelleteken ellenkez eljel tltsekzunk fel. Ekzben feszltsgklnbsg jelentkezik a fmfelletek kztt, amit a h9

oz kivezetseken mrhetnk.ltalban egyenes arnyossg ll fenn a felhalmozott tltsmennyisg (Q) s a feszltsg

ztt: Q=CV, ahol C (egysge Farad) az arnyossgi tnyez, amit a kondenztortsnak neveznk. A felhalmozott energia a:

2

2CVW = ......................................................................................................................(1.1.)

el szmthat. A kondenztor kapacitsa ltalban a skkondenztorokra rvnyes:

dSC r 0= ......................................................................................................................(1.2.)

el szmthat, ahol:0 - a vkuum dielektromos llandja,r - a szigetelanyag relatv dielektromos llandja,S - a fmfelletek terlete,d - a fmfelletek kztti tvolsg, (ami egyenl a szigetelrteg vastagsgval).

10

A kondenztorok gyrtsnl az a cl, hogy minl kisebb trfogatban minl nagyobbkapacitst, illetve energiafelhalmozst rjenek el. Ebbl kvetekezik, hogy elnys minlvkonyabb szigetelrteget alkalmazni. A mretek cskkentsnek a szigetelrteg mechanikaisrlkenysge s esetleges ttse szab hatrt.

Felptsk szerint a kondenztorokat ngy csoportba osztjuk: vannak elektrolitkondenztorok, tmbkondenztorok, kermia kondenztorok s vltoztathat kondenztorok.

c) Az elektrolit-kondenztorok ngyrteg szerkezetek. A fegyverzetek anyaga fmflia(alumnium, tantl, arany). Az egyik fmflia (and) fellett oxidljk, ez kpezi a szigetelrteget(dielektrikumot). A msik flia nem kzvetelenl fekszik az oxidrtegre, hanem egy jl vezetelektrolittel titatott paprt iktatnak kzbe.

A lert szerkezet egyenirnyt tulajdonsggal rendelkezik, mivel az elektronok a fmoxidonkeresztl el tudnak jutni az andbl az elektrolitba, viszont az elektrolit ionjai nem tudnak eljutni azoxidon keresztl az andhoz. Az egyenirnyt tulajdonsg miatt az elektrolit-kondenztorokat csakadott irny egyenfeszltsggel terhelhetjk, ezrt hasznlatos rjuk a polarizlt kondenztorelnevezs. Kisebb mennyisgben ksztenek bipolris kondenztorokat is oly mdon, hogy mindktfegyverzetet oxidrteggel vonjk be. Htrnya, hogy az elrhet kapacits gy megfelezdik.

Tekintettel arra, hogy az oxidrteg nagyon vkony (1nm-10nm tartomnyba esik), kistrfogatban nagy kapacitsok rhetk el az elektrolit-kondenztoroknl. lettartamuk viszonylagrvid az elektrolit kiszradsa miatt A hmrsklet emelkedsvel a kiszrads fokozdik, azlettartam 7-10K hemelkedsnl felezdik.

Az elektrolit-kondenztorok f adatai a kapacits, a nvleges feszltsg, az ekvivalens sorosellenlls (ESR, a vesztesgeket veszi figyelembe), a maximlis zemi hmrsklet, a trs s avrhat lettartam.

ltalban a kapacits szmrtkt az E6-os sor szerint vlasztjk (lsd az ellenllsoknl az1.1.1 pont alatt). A trs rendszerint 20%, vagy mg ennl is rosszabb. Az alumnium elektrolit-kondenztorok kapacitsa ltalban az 1F-100mF tartomnyba esik.

Feszltsg szerint megklnbztetnk alacsony- (6,3V-100V) s magasfeszltsgelektrolit-kondenztorokat (100V-400V). A mai elektrolit-kondenztorok ltalban radiliskivitelben kszlnek, maga a kondenztor teste hengeres alak. Rgebben az axilis kivitel volt ajellemz, szintn hengeres testtel. Kisebb kapacitsra s feszltsgre ksztenek elektrolit-kondenztorokat felletre szerelhet kivitelben is. Az emltett mechanikai kiviteleket azellenllsoknl mutattuk be (1.4. bra).

A tantl elektrolit-kondenztorok ltalban szraz (elektrolit nlkli) kivitelben kszlnek,ezrt nluk nem jelentkezik a kiszrads. A technolgia sajnos csak viszonylag kis kapacits sfeszltsg tantl kondenztorok gyrtst teszi lehetv. ltalban professzionlis kszlkekbenalkalmazzk ket szrsre, egyenszint levlasztsra.

Az arany kondenztorok rendkvl nagy kapacitsak (1F nagysgrend), de zemifeszltsgk mindssze nhny Volt. A soros helyettest ellenllsuk (ESR) rendkvl nagy.Sznetmentes tplls biztostsra hasznljk ket kisfogyaszts ramkrknl (pl. memrik).

b) A tmbkondenztorok tekercselssel kszlnek. Korbban ltalban vltakozva egymsrahelyezett fm s szigetelcskokat tekercseltek fel. Ma ehelyett a fmezett manyag flik terjedtekel. A kivezetsek elksztse utn a kondenztor aktv rszt manyag tokba helyezik, smgyantval bentik.

F adataik a kapacits, a nvleges feszltsg, a trs s a vesztesgi tnyez (tg). Akapacits-rtkek ltalban 100pF-10F tartomnyba esnek, rendszerint az E6-os esetleg az E12-essort kvetik a nvrtkek . Az zemi feszltsgek 50V s tbb kV kztt vltoznak. A trslnyegesen jobb, mint az elektrolit kondenztoroknl (10%, 5%). A vesztesgi tnyez adottfrekvencin a vesztesgi teljestmny s a reaktv teljestmny arnya:

11

1.5. bra. A klnbz kondenztorokrajzjelei: a) ltalnos jells, b) polarizlt-(elektrolit) kondenztor, c) forgkondenztor,d) trimmerkondenztor.

QPtg = ......................................................................................................................(1.3.)

A tmbkondenztorok vesztesgeit modelezs sorn soros vagy prhuzamos ellenllssal veszikfigyelembe (RS, RP).

Nagyon magas frekvencin kifejezsre jut a kondenztor soros induktivitsa (LS). Atmbkondenztorok alkalmazsnak az:

CLSr

1= .................................................................................................................(1.4.)

kplet szerint szmthat rezonns frekvencia szab hatrt. Adott kondenztor csak ez alattviselkedik kondenztorknt, felette viszont tekercsknt.

A tmbkondenztorok rendszerint radilis kivitelben kszlnek, a kondenztortest tglatestalak (lsd az 1.4. brn). Rgebben az axilis kivitel volt jellemz.

A tmbkondenztorokat, stabil viselkedsknek ksznheten, pontos idzit- sszrramkrkben hasznljk.

A tmbkondenztorok egy kln alkalmazsi terlete a hlzati zavarszrs. Az ittalkalmazott kondenztorok legfontosabb jellemzje, a kapacits s a feszltsg mellett, a rezonnsfrekvencia, mivel a szrhats csak a rezonns frekvencia alatt rvnyesl.

A zavarszr kondenztorokat kt csoportba osztjuk: vannak X kondenztorok, amelyeket atpvezetkek kz ktnek, s vannak Y kondenztorok, amelyeket a tpvezetkektl a fldels felktnek. Szerkezetk hasonl, de az Y kondenztorok szigetelanyaga lnyegesen vastagabb, miveltts esetn a fldels feszltsg al kerlhet, s veszlyeztetheti a felhasznlt.

c) A kermia-kondenztorok ktoldalt fmezett kermia lapocskbl llnak. Viszonylag kiskapacits rhet el ilyen mdon: 1pF-100nF, azzal, hogy a nagyobb rtkeknl tbbrtegmegoldshoz folyamodnak. Jl pthetk magasfeszltsg kondenztorok ilyen mdon. Rezonnsfrekvencijuk rendkvl magas, ezrt jl hasznlhatk magasfrekvencis jelek szrsre,csatolsra. Kapacits-rtkket rendszerit az E6-os sor szerint vlasztjk meg. Trsk viszonylagrossz (20%), hmrsklet-fggsk is kifejezett. Mechanikai kivitelk ltalban radilis, akondenztortest trcsa alak, esetleg sarkostjk (lsd az 1.4. brn).

d) A vltoztathat (bellt) kondenztorokat rezgkrk, szrk hangolsra hasznljk. Akapacits-vltozst kt lemez vagy lemez-rendszer egymshoz trtn elmozgatsval rhetjk elA kapacits nagysgrendje1pF-100pF, azzal, hogy ugyanannl a kondenztornl a maximlis sminimlis kapacits arnya rendszerint nem tbb mint tz.

Ha a kondenztor zemszer belltsra szolgl, forgkondenztorrl beszlnk, ha pedigegyszeri bellts a szerepe, akkor trimmer kondenztorrl van sz. A forgkondenztorokatmegfelel tengellyel s belltgombbal ltjk el, mg a trimmer kondenztorok lltsaszerszmmal trtnik.

A klnbz tpus kondenztorok rajzjeleit az 1.5. brn lthatjuk.

+

(a) (b) (c) (d)

12

1.1.3. A tekercsekA tekercsek olyan elektronikai alkatrszek, amelyek mgneses terkben jelents elektromos

energit kpesek felhalmozni. A mgneses tr a tekercset alkot vezetken tfoly ram hatsraalakul ki, mrtke a mgneses fluxus (). Lineris esetben a:

LI= ......................................................................................................................(1.5.)

sszefggs rvnyes, ahol:L - a tekercs induktivitsa,I - a tekercs rama.

A trolt energia mennyisge a:

2

2LIW = ......................................................................................................................(1.6.)

kplettel szmthat.A tekercset alkot vezetk ltalban rzhuzal, lakk szigetelssel.Attl fggen, hogy a tekercs mgneses terben van-e valamilyen ferromgneses anyag,

vagy nincs, a tekercsek kt csoportjt klnbztetjk meg.a) A lgmagos tekercsek vagy ntartk, vagy mgneses szempontbl kzmbs (papr,

manyag stb) hordozn kszlnek. Rjuk valban rvnyes a lineris, =LI sszefggs, sajnos,csak viszonylag kis induktivitsokat gazdasgos ilyen mdon megvalstani.

Ilyen tekercsek ltalban nincsennek elregyrtva, hanem a felhasznl kszti ket.Induktivitsuk szolenoid elrendezs tekercseknl a kvetkez tapasztalati kplettel szmthat:

.1045,0

72

+=

DlNDL ..........................................................................................................(1.7.)

ahol:N - a menetszm,D - a bels tmr,l - a tekercs hossza.A megadott kplet viszonylag hossz tekercsekre rvnyes (l>0,3 D). Rvid (lapos) tekercs

esetn a mdostott kplet a kvetkez:

72

2

10)01,045,0(

+

=

lDDl

NDL ........................................................................................(1.8.)

Lgmagos tekercseket leginkbb a rditechnikban alkalmazunk de energetikairamkrkben is elfordulnak, fleg azrt, mert nluk nem jelentkezik teltds.

b) Ferromgneses mag beiktatsval cskken a szrs, a fluxus egy szk bels trrekorltozdik, de ott jelentsen megnl a mgneses indukci (B) s nvekszik a tekercs energiatrolkpessge.

13

Fontos megemlteni, hogy ltalban nem elnys, ha a mag teljesen krlzrja a tekercset,valamekkora lgrsre szksg van. A mag szerepe, hogy sszegyjtse a teret, de azenergiafelhalmozs jrszt a lgrsben trtnik.

A mag beiktatsa htrnyokkal is jr: jrulkos vesztesgek jelentkeznek a ferromgnesesanyagokra jellemz hiszterzis miatt; ha ugyanakkor a mag j elektromos vezet is, rvnyramokkeletkeznek benne, ami szintn vesztesggel jr.

Jelents gondokat okozhat a telts is, ami abbl ered, hogy a ferromgneses anyag nemmgnesezhet bizonyos szinten tl. Telts kzelben az induktivits rohamosan cskken, a tekercsnem ltja el szerept.

Ipari frekvencikon (50Hz-400Hz) a tekercs magjt megfelel sszettel acllemezekblksztik az rvnyramok cskkentse vgett. Tmr vasmag csak nagyon kis frekvencin, illetveegyenramon hasznlhat.

Magasabb frekvencikon klnbz sszettel ferritmagokat alkalmaznak. A ferritekalapanyaga vasoxid, amely egyrszt rendelkezik a vas mgneses tulajdonsgaival, de ugyanakkornem vezeti az ramot, gy nem alakulhatnak ki rvnyramok.

Tekercsmagokat ksztenek ragasztanyaggal kevert vasporbl is. Az ilyen alapanyagtoroid alak tekercsek gy viselkedenek, mintha a kerlet mentn elosztott lgrsselrendelkeznnek.

A tekercseket tbbnyire a felhasznl tervezi s kszti. A vasmagokbl s a ferritmagokblsok klnbz mret s alak ll rendelkezsre. A maggal rendelkez tekercsek induktivitsa az:

00

22

lANANL eL == .....................................................................................................(1.9.)

kzelt kplettel szmthat, ahol:N - a menetszm,AL - az induktivitsi tnyez,0 - a vkuum permeabilitsa [ 410-7 H/m],Ae - a mag keresztmetszete,l0 - a lgrs magassga.

A lgrst gy kell megvlasztani, hogy az ram cscsrtknl sem jusson teltsbe a mag:

,00m

m

BNI

l

= ....................................................................................................................(1.10.)

ahol:Im - az ram cscsrtke,Bm - a legnagyobb megengedett indukci.A telts mellett a msik tervezsi korlt a melegeds. A tekercs melegedsnek oka a

vezetkekben s a magban jelentkez vesztesgek. Ezek szmtsa viszonylag bonyolult. Gyakrancsak a megvalstott tekercsen vgzett mrsek adnak vals kpet a melegedsrl.

Kisjel alkalmazsoknl nem a melegeds a lnyeges, hanem a tekercs jsgi tnyezje,amely a:

SRLQ = ...........................................................................................................................(1.11.)

14

kplet szerint szmthat, ahol RS a tekercs vesztesgeit figyelembe vev soros helyettestellenlls.

A kondenztorokhoz hasonlan a tekercseknl is van rezonns frekvencia, amelyen tl atekercs mr inkbb kondenztorknt viselkedik a menetek kztti kapacits, illetve a rtegkapacitsmiatt.

Egy magon tbb tekercset is lrtrehozhatunk, ilyenkor figyelembe kell venni, hogy az egyestekercsek ramaibl ered terek algebrailag sszeaddnak. Fontos alkalmazsnak szmtanak azramkompenzlt fojttekercsek, amelyeknl kt azonos tekercs van egy zrt ferritmagon. Az ilyentekercseket a kszlkek tpvezetkeinek egy-egy gba illesztjk be. A bektst gy kell vgezni,hogy az zemi ramok okozta terek megsemmistsk egymst, ezzel szemben a zavarramokjelents csillaptst szenvedjenek.

A maggal rendelkez tekercsek f alkalmazsi terlete a jelek szrse, smtsa, ksleltetse,de vannak rditechnikai alakalmazsok is. A tekercsek rajzjelei az 1.6. brn lthatk.

1.1.4. A transzformtorokA transzformtorok kevs kivtellel ferromgneses anyagbl kszlt maggal rendelkeznek.

A magon ltalban kett, vagy tbb tekercs helyezkedik el. A tekercseket krlfog kzsmgneses trnek ksznheten jelek, illetve energia vihet t egyik tekercsbl a msikba.

A mag ugyanazokbbl az anyagokbl kszl, amelyeket a tekercseknl emltettnk (1.1.3.-as pont) azzal, hogy rendszerint zrt magot alkalmaznak. Elvtve, pl. indukcis hevtsnltallkozunk mag nlkli (lgmagos) transzformtorral. A tekercsek anyaga rendszerintlakkszigetels rzhuzal, kivteles esetekben lemez vagy cs.

Adott transzformtor f adatai a nvleges teljestmny, az zemi frekvencia, az tviteli arnys a csatolsi tnyez. A teljestmnyt a teltsi s a melegedsi korltok hatrozzk meg. Az zemifrekvencia fleg a mag anyagtl fgg, de magas frekvencin a tekercsek elrendezse is lnyegestnyez.

Az tviteli arny az egyes tekercseken mrt feszltsg s ram arnya, ami nagyjblmegegyezik a menetszmok arnyval. Kt tekercs esetn pldul rvnyes:

,1

2

2

1

2

1

II

VV

NN

== ................................................................................................................(1.12.)

ahol:N1, N2 - a tekercsek menetszma,V1, V2 - a megfelel tekercseken mrhet feszltsgek,I1, I2 - a megfelel tekercseken tfoly ramok.A csatolsi tnyez a szrt trrel kapcsolatos jellemzje a transzformtornak. Ha az egsz

fluxus thaladna mindkt tekercsen, a csatolsi tnyez rtke egysgnyi, illetve 100% lenne. Vals

1.6. bra. A tekercsek rajzjelei: a) ltalnosjells, b) ferromgneses maggal rendelkeztekercs, c) vltoztathat induktivits tekercs,d) mgnesesen csatolt tekercsek a kezdetekmegjellsvel.

(d)(c)(b)(a)

15

esetben ltezik szrt tr, a csatolsi tnyez kisebb egynl. Ennek kvetkezmnye, hogy az tvitelarnya terhels kzben vltozik.

A transzformtorok f alkalmazsi terlete a jelek, illetve az energia j hatsfok tvitele,galvanikus csatols nlkl. Az tvitel kzben a jelszintek tetszlegesen vltoztathatk, impedanciailleszts rhet el.

Kzel 100%-os csatolsi tnyezj transzformtorokat tpegysgekben , erstkben stb.alkalmaznak. A laza csatols transzformtorok f alkalmazsi terletei az akkumultor-tltk, ahegesztk s az indukcis hevtk.

A transzformtorok egy klnleges csoportjt alkotjk az auto-transzformtorok s a forg-transzformtorok. Ezeknl egyetlen tekercs kt pontja kz csatoljk a bemenetet, a kimenetetpedig a tekercs egy msik pontjrl csatoljk le. A msik tekercs elhagysval a transzformtornvleges teljestmnye adott magnl megnvelhet. Sajnos ilyenkor galvanikus csatols van akimenet s a bemenet kztt.

A forg-transzformtorok olyan auto-transzformtorok, amelyeknl a kimenet csatlakozsipontja egy csszka elmozgatsval, folyamatosan vltoztathat, ezzel llthat a kimenetifeszltsg.

A transzformtorok egy rsze elregyrtott alkatrsz (pl: hlzati transzformtorok), mgmsokat a felhasznlknak kell mretezni s tekercselni a megfelel vasmagra illetve ferritmagra.

A klnbz tpus transzformtorok rajzjelei a 1.7. brn lthatk.

1.1.5. A vegyi ramforrsokAz elektronikai berendezsek nagy rszt a vrosi hlzatrl tplljk, de hordozhat

kszlkeknl, vagy sznetmentes tpoknl alternatv ramforrsok (energiaforrsok) szksgesek.Ilyen alternatv energiaforrsok lehetnek a vegyi ramforrsok, amelyekben az energia vegyletekformjban van jelen. Vegyi ton nagysgrendekkel tbb energia trolhat, mint azonos trfogatkondenztorban (villamos tr segtsgvel). Htrny viszont a vegyi ramforrsoknl, hogy azenergia visszanyersnek sebessge nagysgrendekkel kisebb.

A vegyi ramforrsok lemezekbl s a kzttk elhelyezked elektrolitbl llnak. Azenergiatrolst vgz aktv anyagok a lemezek felletn tallhatk.

A vegyi ramforrsokat kt csoportra osztjk: akkumultorokra s szrazelemekre. Azakkumultorok f jellemzi, hogy a bennk trolt energia felhasznlsa utn jra tlthetk, aszrazelemek viszont nem tlthetk jra.

Az akkumultorok kztt, alapanyaguk szerint, megklnbztetnk lom akkumultorokat,nikkel-kadmium (NiCd) akkumultorokat, NiMH akkumultorokat, Li-ion akkumultorokat stb. Azalapanyag fknt az lettartamra s az adott trfogatban trolhat energiamennyisgre (energia-srsg) van kihatssal.

Az akkumultorok f mszaki adatai a nvleges feszltsg s a kapacits. Egy cellanvleges feszltsge (1V-2V) ltalban nem elegend, ezrt a cellk soros kapcsolsval telepeket

1.7. bra. A transzformtorok rajzjelei:a) ferromgneses mag nlklitranszformtor, b) maggal rendelkeztranszformtor, c) autotranszformtor,d) forgtranszformtor.

(a) (b) (c) (d)

16

ksztenek. A kapacits alatt itt az akkumultorbl rts kzben kiraml ssz tltsmennyisget(idt) rtjk. A tnyleges kapacits lnyegesen eltrhet a nvlegestl az rtsi ramtl fggen:nagy rtramnl ersen cskken.

Az akkumultorok lettartamt vagy vekben adjk meg (stand-by zemnl ez a clszer)vagy a tltsi-rtsi ciklusok vrhat szmn keresztl. A ciklusok szma ltalban tbb szztltbb ezerig vltozhat, az alapanyagoktl s a technolgitl fggen. Jelents kihatssal van azlettartamra a tlts s az rts idbeli lefolysa is.

Korbban az akkumultorok folykony elektrolittal kszltek, jabban viszont terethdtanak a kocsonys elektrolittal rendelkez akkumultorok. Ezek elnye, hogy nem folynak ki,tetszleges helyzetbe fordthatk, bepthetk.

Felhasznlsi terletk szerint megklnbztethetnk stand by, indt s vontatakkumultorokat. "Stand by" alkalmazsnl a leglnyegesebb a csekly nrls s a hosszlettartam. Indt akkumultoroknl fontos, hogy jl trjk a nagy rtsi ramokat. A vontatakkumultorokat mrskelt rammal rtik, de nagy szm tltsi-rtsi ciklusra kell ketoptimizlni.

Az akkumultorok tltse kell szakrtelmet s megfelel tltt ignyl eljrs. Az lomakkumultorokat gynevezett IV vagy IVV mdszerrel tltik. Az IV mdszer lnyege, hogy a tltselejn lland rammal tplljk az akkumultort, amikor viszont a tltsi feszltsg elri amegfelel szintet, a tovbbiakban a feszltsget tartjk lland rtken, mikzben a tltramcskken.

Az IVV mdszernl a tlts hasonlan indul, mint az IV mdszernl, azzal, hogy a belltottfeszltsgszint kezdetben magasabb, majd amikor a tltram bizonyos szint al cskken,lecskkentik a tltsi feszltsget az IV mdszernl alkalmazott rtkre. Az eljrs bonyoltsa atltsi id rvidtse vgett clszer. Az 1.8. brn a kt mdszert jellemz diagramokat adtuk meg.

A NiCd s NiMH akumultoroknl szintn alkalmazhat az lland rammal val tlts,viszont gondok vannak a tlts befejezsnek meghatrozsa krl. Korbban az elre kiszmtottideig val tltst javasoltk, flttelezve, hogy a tlts elejn az akkumultor teljesen res volt. Maaz gynevezett dv/dt mdszert alkalmazzk, amit arra alapoznak, hogy a tlts vgn a kedvezvegyi folyamatok lellnak, ezrt lell az akkumultur tltsi feszltsgnek nvekedse is. Amikora dv/dt0 felttel teljesl, a tlt automatikusan kikapcsol.

A szrazelemek, mint mondtuk, nem tlthetk. Legfontosabb mszaki adataik a nvlegesfeszltsg, a kapacits (csak rszletes adatlapokon adjk meg) s a mretek Egy rszket rvidideig tart, de nagy terhelsre optimizljk. Ezek az gynevezett heavy duty tpusok, amelyekethordozhat rdikban, magnkban alkalmazzk. A long life tpusoknl viszont a kis terhels

1.8. bra. lom akkumultorok tltsi jelleggrbi: a) IV mdszer, b) IVV mdszer.

t[h]

IV

0 2 4 6 8 10 12t[h]

IV

0 2 4 614(a) (b)

17

melletti nagyon hossz lettartam (tbb v) a lnyeges. Ezeket pl. rkban, tv tvirnytkbanalkalmazzk.

A vegyi ramforrsok rajzjeleit az 1.9. brn adtuk meg.

1.1.6. A htkA htk elektromechanikai alkatrszek. Feladatuk a nagyteljestmny alkatrszek (fleg

flvezetk) vdelme a tlmelegedstl. A keletkezett ht a krnyezetbe (ltalban a levegbe)bocsjtjk ki. Anyaguk rendszerint alumnium, megfelel nagy felletre kikpezve (bordzottprofilok).

A htk legfontosabb mszaki adatai a hellenlls s a mretek. A hellenllst az:

PTRT

= ..........................................................................................................................(1.13.)

kplet szerint szmoljuk, aholT - a ht hemelkedse,P - a teljestmny.A htt gy kell mrtezni, hogy a legroszabb esetben sem emelkedjen a httt alkatrsz

hmrsklete a megengedett fl. A legmagasabb lehetsges krnyezeti hmrskletbl kellkiindulni s figyelembe kell venni az alkatrszek bels hemelkedst is. Szksg esetn a htstventilltor bptsvel, vagy folyadk keringettetsvel tudjuk fokozni.

Az esetek tbbsgben a httt alkatrsz nem lehet galvanikus kapcsolatban a htvel.Korbban a megfelel szigetelst csillmlemezekkel oldottk meg, mivel a csillm j villamosszigetelanyag, de egyben j hvezet is.

Kedveztlen mechanikai tulajdonsgai miatt (trkeny), ma a csillmrl mindinkbbttrnek a szilikongumira. Rugalmassga rvn a szilikongumi viszonylag kis szorter mellett iskitlti a ht s a httt alkatrsz kztti hzagot. gyszintn kedvez, hogy a hts nem romliknagyszm melegedsi s hlsi ciklus utn sem (a csillmrl ez nem mondhat el).

A htt, ha lehet, a kszlk dobozn kvl kell elhelyezni (pl. alkothatja a doboz egyikfalt), egybknt vrhat, hogy az egsz kszlk tl fog melegedni. Alternatv megolds, hogy ahtleveg ramlsra csatornt biztostunk a dobozon keresztl (megfelel nylsokat vgva).

A htket ltalban nem brzoljk a kapcsolsi rajzokon.

1.1.7. A kapcsolkA kapcsol szerepe az ramkr szksg szerinti mdostsa (bizonyos pontok sszektse

illetve sztvlasztsa). Mkdtetsk lehet mechanikus mdon (nyoms, hzs, billents...),elektromgnessel (sajt ram, vagy kls ram hatsra), hhatsra (kls melegts, vagy sajtmelegeds) vagy elektronikusan (szilrdtest kapcsolk).

A kapcsolkra vonatkoz legfontosabb adatok a plusok s llsok szma, a terhelhetsg,valamint a vezrls mdja. A plus a kapcsol mozg rsze, amely a kapcsol egyes kivezetseit

1.9. bra. a) Egy cellbl ll szrazelemvagy akkumultor, b) szrazelemekblvagy akkumultor cellkbl felptett telep(soros kts).

(a) (b)

18

ssze tudja ktni. Egyszer kapcsolknl csak egy van belle, de bonyolultabb kapcsolsi feladatokegyidej elvgzsre ksztenek tbbplus kapcsolkat is.

Az llsok szma arra vonatkozik, hogy a plus hny klnbz helyzetbe mozdthat el.Az elmozdts utn a kapcsolk tbbsge az j llsban marad, ellenkez esetben nyomgombrlbeszlnk.

A terhelhetsgre vonatkozan ltalban bizonyos feszltsgeket s ramokat tntetnek fel.A feszltsget illeten lnyeges, hogy mekkora feszltsget tr a kapcsol kikapcsols kzben,illetve kikapcsolt llapotban. Az ram esetben kt rtket kell tudni: a bekapcsolt llapotbanelviselhet rtk a termikus ram, a kikapcsols kzben illetve eltte fennll ram a kapcsolsiram.

Mind az ram, mind a feszltsg tekintetben tudni kell, hogy merben ms adatokrvnyesek vltram s egyenram esetn ugyanarra a kapcsolra. Sokkal knyebb megszaktani avltramot, mint az egyenramot, mert a megszakts kzben az rintkezk kztt jelentkezvillamos v az ram nullatmenetnl termszetes mdon kialszik, ugyanez egyenramnl nagyonnehezen trtnik meg. gy a kapcsolk terhelhetsge vltramnl mindig lnyegesen nagyobb.

A vezrlst illeten a mechanikus kapcsolk mkdtethetk billentssel, eltolssal(hzssal), forgatsssal, nyomssal stb.

Az elektromgneses kapcsolknl (jelfogk azaz relk, kontaktorok, vdkapcsolk) avezrltekercs ramt, feszltsgt s ellenllst adjk meg. Tudni kell, hogy egyenrammal, vagyvltrammal trtnik-e a vezrls.

A vltrammal vezrelt kapcsolk tekercse lnyegesen kisebb. A kapcsolsi folyamatelejn nagy ram indul meg a tekercsben a tekercs kis impedancija miatt. Bekapcsols kzben atekercs vasmagja bezrdik, ekkor a tekercs impedancija megnvekszik s a meghajt ram kisrtkre esik vissza (amelyet a tekercs tarts zemben el tud viselni).

Egyenram vezrlsnl az ram rtke lland, a tekercset gy mretezik, hogy tartsan eltudja viselni a behzshoz szksges viszonylag nagy ramot.

Minden elektromgneses kapcsolnl ltezik bizonyos fok hiszterzis a vezrlsben: abehzshoz lnyegesen nagyobb jelet ignyelnek, mint a tartshoz. Ebbl fleg kikapcsolskoraddhatnak gondok: ha a vezrljel nem esik vissza teljesen nulla rtkre, a kapcsol (tvesen)bekapcsolva maradhat.

Az elektronikus vezrls kapcsolknl az ramot nem mechanikus rintkezk vezetikilletve szaktjk meg, hanem flvezet csatornt nyitunk/zrunk. Mivel igny van a galvanikuscsatols megszntetsre, ltalban optikailag csatoljk a vezrljelet a csatornhoz.

Tekintettel a kapcsolk sokflesgre, nagyszm klnbz rajzjel van forgalomban. Az1.10. brn ezek kzl mutatunk be nhnyat.

1.1.8. A csatlakozkA csatlakozk alatt tbbfle elektronikai alkatrszt rtnk, amelyek clja, hogy a berendezs

klnbz egysgei kztt bonthat villamos kapcsolatot teremtsenek. Ide tartoznak a sorkapcsok,konnektorok, dugaszok stb.

A sorkapcsok manyagba benttt csavarozhat fm rintkezk. Vannak beforraszthat snem forraszthat kivitelek.A kszlkek bels huzalozst teszik knnyebb s megbzhatbb,bonthat ktst biztostva az ramkrk egyes pontjai kztt.

A konnektorok manyag hordozba benttt fm tskkbl, vagy hvelyekbl llnak. Azgy kialaktott alkatrszeket nyomtatott ramkrbe forrasztjk vagy kbelre szerelik. A tsks s ahvelyes rsz egymsba illesztsvel nyomtatott ramkrket tudunk egymshoz csatlakoztatni,vagy kbelt nyomtatott ramkrhz stb.

A dugaszok egyedi csatlakozsi pontokat biztostanak. Szintn fmtskbl s hvelyblllnak, de masszvabb kivitelben. ltalban mszerek csatlakoztatsra hasznljk ket.

A csatlakozk f mszaki adatai az rintkezk (tskk illetve hvelyek) szma, a mretek,valamint a terhelhetsg ram s feszltsg szempontjbl. Az ramnak az tmeneti ellenllskvetkeztben fellp melegeds szab hatrt, a feszltsgnl viszont a manyag hordoz ttsiszilrdsga a dnt.

A csatlakozknl hasznlatos klnbz rajzjeleket az 1.11. brn adtuk meg.

1.1.9

jvaltzve

az enhogyjellegviszo

alkatkapcs

tlmetudjF, M

1.10. bra. A kapcsolk rajzjelei: a) egyplus zrkapcsol, b) egyplusktlls kapcsol (vltkapcsol), c) elektromgneses kapcsol (biztostk), d)szilrdtest rel.

(a) (b) (c) (d)

123

1219

. A biztostkokAz elektronikai kszlkekben, rendkvli esetekben (tlterhels, zrlat), a megengedettnl

nagyobb ramok alakulnak ki. A tlramok jelents gondokat okozhatnak a kszlkben, stszly is fellphet.

A tlramok ellen a biztostkok nyjtanak hatkony vdelmet. A vdelem abbl ll, hogyergiaforrs a biztostk kioldsval levlasztdik a fogyasztrl. Mindjrt meg kell jegyezni, a biztostkok nem hasznlhatk pontos ram- illetve teljestmny koltozsra, mivelgrbjk jelents szrst mutat. gyszintn fontos tudni, hogy a biztostkok kioldsanylag lass, kivve ha a tlram nem sokszorosa a nvlegesnek (zrlat).

A lass kioldsbl kvetkezik, hogy a biztostkok ltalban nem hasznlhatk flvezetrszek vdelmre, de hatkonynak bizonyulnak a nyomtatott ramkrk, vezetkek,olk, konnektorok s ms elektromechanikai alkatrszek vdelmben.

A mkdsi elv szerint megklnbztetnk olvad-, elektromgneses- s hbiztostkokat.Az olvad biztostkoknl az aktv rsz egy vkony vezet szl, amely tlram esetn

legszik s elolvad, ezzel megszaktja az ramkrt. Az olvads (kiolds) sebessgt szablyoznik a gyrtk, gy megklnbztetnk gyors, kzepes s lass biztostkokat, amelyeket rendre s T betkkel szoktak megjellni. A gyors biztostkok hatkonyabb vdelmet nyjtanak, de

1.11. bra. A csatlakozk razjelei: a)konnektor, b) sorkapocs, c) dugasz.

45

345

(a) (b) (c)

olyan fogyasztknl (motor, transzformtor, kapcsolzem tp), amelyeknl indulsi tlramoklp biztositkokat alkalmazni.

lvad biztostkoknl megklnbztetnk veg-,po gbiztostkoknl a vezet szlat az vegcs tengelyem l lezrjk a cs kt vgt. Hasonl kivitelek a felletisz hogy kermiatesteket alkalmaznak s lnyegesen kisebbek.Azm

szily

kihr

kanet

hmp

kgszm

r

(hkiad

kikek

vKhetnek fel, knytelenek vagyunk lassA mechanikai kivitelt illeten az o

rceln- s lapos biztostkokat. Az veentn helyezik el, majd kt fmsapkvaerelsre gyrtott biztostkok is, azzal, 20

vegbiztostkokat vagy nyomtatott ramkrkbe ptik rugalmas fmtartkra, vagy megfelelanyag tokba szerelik, melyet a kszlk doboznak falhoz erstenek.

A porceln biztostkok teste ors alak, az aktv rsz a tengely mentn helyezkedik el,intn kt fmsapkval van lezrva a vgk. ltalban az energetikban alkalmazzk ket, mivelen mdon kszthetk nagy ram s nagy feszltsg biztostkok.

Lapos biztostkkal fleg a gpkocsi-iparban tallkozunk. Kt fmlapot, amelyet egybenvezetsknt is hasznlnak, egy olvad vezetcskkal ktnek ssze, majd az egszet manyagzba ntik be. Az gy kapott biztostkok lass kioldsak, viszonylag kis feszltsgre s nagyamra kszthetk.

Az elektromgneses biztostkok tulajdonkppen sajt ramuk kvetkeztben kikapcsolpcsolk. Npszersgket annak ksznhetik, hogy tbbszr hasznosthatk (vdelem kzbenm mennek tnkre), valamint hogy a kszlk ki-be kapcsolsra is szolglhatnak (ha nem isrnek annyi ki-be kapcsolst, mint a valdi kapcsolk).

A hbiztostkok kt csoportjt klnbztetjk meg: olvad s ikerfmes kivitel. Az olvadbiztostkok olyan klnleges tvzetet tartalmaznak, amely pontos hmrskleten olvad segszaktja az ramkrt. Transzformtorok, motorok tekercsei kz, vagy ftszlak kzelbetik be ket, tlmelegeds elleni vdelem vgett.

Az ikerfmes hbiztostkok hrzkeny rszt kt klnbz anyagbl sszesajtolt lemezpezi. A klnbz htgulsi egytthatk kvetkeztben a hmrsklet vltozsakor a lemezrbl. Megfelel hmrskleten a grbls olyan mret, hogy a lemezhez csatolt fmrintkezktkapcsoldnak, megszakad az ramkr. A lapok melegedhetnek a rajtuk tfoly ram hatsra (otorok vdelme), vagy a krnyezet hatsra (ftszlak vdelme).

A tbbi biztostkoktl eltren a hbiztostkok viszonylag pontos rtknl (hmrsklet,am) kapcsolnak ki. Az ikerfmes megoldsnl rendszerint llthat is a kapcsolsi kszb.

A biztostkok f mszaki adatai a mretek mellet a nvleges ram s feszltsgbiztostkoknl a hmrsklet is). A nvleges ramot a biztostkok tartsan el tudjk viselni, aolds ez az ram fltt trtnik. A kioldsi id a tlram fggvnye, amit diagram formjbannak meg.

A nvleges feszltsg arra vonatkozik, mekkora feszltsg lphet fel a biztostkon aoldsi folyamat kzben. Tves mretezs esetn a biztostkban, a vezet szl kioldsa kzben, aletkez v nem alszik ki biztonsgosan. Ilyenkor roncsoldik a biztostk teste, illetve arnyezet.

A biztostkokra is rvnyesek a kapcsolknl elmondottak: sokkal knyebb megszaktani altram ramkrt, mivel a vltram nullatmeneteinl a villamos v nmagtl kialszik.vetkezskppen, a nagyobb egyenfeszltsgre gyrtott biztostkok mrete arnytalanul nagy.

A klnbz tpus biztostkok rajzjeleit az 1.12. brn lthatjuk.

1.12. bra. A biztostkok rajzjelei: a)olvad biztostk, b) terhelskapcsol(pl. elektromgneses) biztostk, c)ikerfmes biztostk (kapcsol). (a) (b) (c)

21

1.1.10. Az rzkelk (szenzorok)Az rzkelk a krnyezet nem villamos jeleinek fogadsra, feldolgozsra szolgl

alkatrszek. Az rzkelend hats lehet hmrsklet, elmozduls (eltols, forduls, nyls),nyoms, fny vagy egyb elektromgneses sugrzs, mgneses tr stb.

A hmrsklet taln a leggyakrabban mrt mennyisg, gy nagyon sok rzkelt fejlesztettekki erre a clra. Ide tartoznak egyes NTC s PTC ellenllsok (lsd 1.1.1. pont) s a helemek.A helemek kt klnbz fmhuzalbl llnak. Amikor egy-egy vgket sszehegesztjk, a szabadvgek kztt feszltsg mrhet, amely arnyos a kt vg kztti hmrskletklnbsggel. Ahelemek jelnek feldolgozsa nagy krltekintst ignyel, mivel a kapott feszltsg igen kicsi.

Egy hmrskleti pont elrsre s tartsra alkalmaznak ikerfmes szerkezeteket is.Az elmozduls rzkelse trtnhet folytonos, vagy diszkrt (digitlis) kimenet

eszkzkkel. A potencimterek folytonos jelet (ellenlls vltozs) adnak. Hasonl a helyzet egyesinduktv rzkelkkel is. Az rzkel tekercs vagy valamilyen fmrsz folyamatos elmozdulsakzben folyamatosan vltozik valamely villamos mennyisg (frekvencia, feszltsg) a tekercsramkrben. Szksg szerint az induktv rzkel kimenete digitalizlhat (bizonyos hatrnl ki-bekapcsol).

A mrblyegek vkony vezet-cskokbl ll szerkezetek, amelyeket szorosan adottfmfelletre ragasztanak. A fmalkatrsz er hatsra trtn rugalmas alakvltozsa kzben avezet-csk ellenllsa vltozik. A vltozs mrtke viszonylag kicsi, ezrt a kapott jel feldolgozsanagyon precz ramkrket ignyel. A mrblyegek f alkalmazsi terlete az elektronikusmrlegek.

Az enkderek digitlis kimenet elmozduls-rzkelk. Fnysugr tapogatja le az optikaitrcsn elhelyezett vonalakat, stt felleteket, s az eredmnyt megfelel szmkdd alaktjk. Falkalmazsi terletk a szerszmgpek pozicionl rszei s a digitlis kijelzs gpszetimreszkzk.

A fnyrzkelk ltalban flvezet alapak. A fny a flvezetben befolysolja a szabadtltsek szmt, illetve mdostja a bels teret, ami klsleg szemllve ellenlls-, ram- sfeszltsg-vltozssal jr. Nagyszm s sokfle fny-rzkelt hasznlnak a riaszts-technikban,de vannak ms alkalmazsaik is, mint pldul az kzvilgts automatikus ki-be kapcsolsa, akezel vdelme fnysorompkkal veszlyes gpeknl stb.

Mgneses tr hatsra mkdnek a reed-kapcsolk s a Hall-fle rzkelk. A reed-kapcsolk vegcsbe forrasztott, mgneses anyagbl kszlt fmrintkezk. Mgneses trbe jutva afmrintkezk egyms fel elmozdulnak s zrjk a kls ramkrt. A mgneses teret ltalbanlland mgnes szolgltatja. Ilye rintkezkkel mkdnek a kerkprok sebessgmri, egyesvgkapcsolk, forgsdetektorok stb.

A Hall-fle rzkelknl ramot bocstanak t egy flvezet lapocskn. Mgneses trbehelyezve a lap kt szle kztt feszltsg mrhet. Ezen az alapon mrhet a villamos gpekmgneses tere, de rammrst is vgezhetnk galvanikus csatols nlkl. Nhny rzkel rajzjeltaz 1.13. brn lthatjuk.

1.13. bra. Klnbz rzkelalkatrszek rajzjelei: a) helem,b) potencimteres elmozdulsrzkel, c) reed kapcsol. (a) (b) (c)

22

1.1.11. A vezetkek s kbelekA kszlkek bels huzalozsra, tekercselsre s a kls bektsekre klnbz

vezetkeket s kbeleket hasznlunk. Az ramvezet rsz szinte kizrlag rzbl kszl, esetleg afelletet horganyozzk (Zn) vagy ezstzik (Ag). Szigetelanyagknt lakkot, PVC-t, polietilnt,gumit s ritkn selymet s paprt hasznlnak.

Lakkszigetels vezetkeket (huzalokat) leginkbb villamos gpek tekercselsrehasznlunk. A lakk viszonylag j villamos szigetel, elg nagy hmrskletet el tud viselni, sajnosmechanikailag srlkeny, mert igen vkony rtegben viszik fel a rzfelletre. Tekercselsre mgisezek a vezetkek a legmegfelelbbek, mivel j trkihasznlst biztostanak (a szigetelrteg akeresztmetszetnek trt rszt foglalja csak el), s a hterjeds is a tekercsek belsejbl rajtukkeresztl a legjobb.

A PVC szigetels olcs, rugalmas, nagy ttsi szilrdsg. Htrnya, hogy 70oC krl mrmeglgyul, fagypont krl viszont mr nagyon kemny, trkeny. Szintn hinyossg, hogy magasfrekvencin nagyok a dielektromos vesztesgei, ezrt a rditechnikban nem alkalmazhat. Apolietiln vesztesgei kisebbek ezrt pldul az antennakbelek szigetelseit ksztik belle.

A gumi szigetels elnye a magas hmrsklet trse, valamint, hogy rugalmassgtmegrzi szles hmrsklet-tartomnyban.

A kbelek f mszaki adatai a vezetkek (erek) szma, a vezetkek keresztmetszete s aszigetelrendszer felptse, anyaga. A vezetkek kszlhetnek tmr vagy sodronyszerkivitelben. Ez utbbi sokkal knnyebben hajlthat alakthat s nem trkeny. A kbelekkeresztmetszete lehet kerek, vagy lapos (szalagkbel). rzkeny jelek tvitelre rnykolt kbeleketksztenek. Ezeknl a kls szigetelrteg alatt egy fmpalst tallhat, amely fojtja a klnbzzavar jeleket.

1.1.12. A kszlk dobozaAz esetek tbbsgben az elektronikai kszlkeket dobozba ptik, amely egyrszt

hordozza, rgzti az egyes egysgeket, alkatrszeket, msrszt vdelmet biztost a mechanikaihatsok, por, vegyszerek, kls terek ellen. A doboz anyag lehet manyag, vagy fm. A manyagelnye az ingyenes szigetels, amely szksgtelenn teszi az rintsvdelem msfajta megoldst.Htrnya viszont, hogy a manyagok tbbsge hre lgyul s rosszul vezetik el a kszlkbenkeletkez ht s tzveszlyes.

A fm (acl vagy alumnium) dobozok jobban brjk a mechanikai terhelseket s a ht.Esetkben a vdfldels ktelez. gyszintn vigyzni kell a szerelsnl, hogy a kszlkekveszlyes feszltsgen lv pontjai ne kerljenek fmrszek kzelbe.

A dobozba pts sorn a kszlk egysgei szerelhetk kzvetlenl a doboz falra, vagybels vzra, snekre stb. Tancsos tiszteletben tartani a szablyt, hogy a dobozon kvlrl csak azoka csavarok legyenek hozzfrhetk, amelyek a doboz felnyitsra szolglnak.

Nagysorozat termkekhez a gyrtk sajt dobozt terveznek, illetve terveztetnek. Egyedivagy kissorozat termkek rszre viszont nagy vlasztk ll rendelkezsre klnbz elregyrtotttpusdobozokbl. Szernyebb ignyek esetn, megfelel vg s hajlt szerszm birtokban,fmlemezbl hzilag is kszthet tetszleges alak s mret doboz.

23

1.2. AZ AKTV ALKATRSZEK

Az elektronika kifejldst az aktv alkatrszek megjelense tette lehetv. Elsknt azelektroncsvek kerltek forgalomba, s uraltk az elektronikt a XX. szzad els felben.Hasznlatuknak a viszonylag nagy mretek s a jelents fogyaszts szabott hatrt.

Idkzben eredmnyek szlettek a flvezetk fejlesztse terletn is, sajnos vezreltkapcsol- illetve ersit alkatrsz kifejlesztsre csak a msodik vilghbort kvet vekben(1946) kerlt sor. Ez volt a bipolris tranzisztor nven ismert alkatrsz, amely a mai napighasznlatban van. Ezutn egymst kvettk az jabb fejlesztsek, amelybl megszlettek atirisztorok s a trvezrelt tanzisztorok klnbz fajti.

A diszkrt alkatrszek mellett hamarosan trt hdtott az integrlt technika (1958-tlkezdve), ahol egy flvezet lapkn szmos alkatrszt tudnak ltrehozni s megfelel mdonsszekapcsolni. Az integrlt techniknak ksznheten jelents helymegtakartst rtek el, ami j,bonyolult ramkrk kifejlesztst s alkalmazst tette lehetv. A tovbbiakban rvidenttekintjk a fontosabb diszkrt flvezet alkatrszeket.

1.2.1. A didkA flvezet didk nevket az elektroncsvek vilgbl rkltk, ahol a hasonl

rendeltets, kt kivezets alkatrszt jelltk ezzel a nvvel . A didk nem kpesek a jelek (ram,feszltsg) erstsre, de kapcsolsi feladatok elltsra korltozott rtelemben alkalmasak.Pontosabban, az ramkrk azon gait amelyekbe didt ptnk egyirnyv teszik. Szmosalkalmazs (egyenirnytk, feszltsg-korltozk, demodultorok) ppen erre a tulajdonsgra pl.

Idelis esetben a dida jelleggrbje kt flegyenesb ll ( 1.14. bra) a kt lehetsgesramirny kzl az egyiket (a direkt irnyt) engedlyezi a dida, ilyenkor elhanyagolhat afeszltsgess rajta. A msik irnyba (inverz irnyba) emltsre mlt ram nem folyhat,fggetlenl az alkalmazott feszltsgtl.

A flvezet dida ktrteg alkatrsz (1.15. bra), amelyet gy kapnak, hogy a flvezet lapkaegyik rszt (P rteg) olyan atomokkal szennyezik, amelyek vegyrtke kisebb a flvezetvegyrtknl, mg msik rszt (N rteg) nagyobb vegyrtk atomokkal szennyezik. A P rtegbena vegyrtk elektronok helyn pozitv tltsnek megfelel elektronhiny lp fel (lyuk), amelyvillamos tr hatsra el is mozdulhat, gy rszt vehet az ram vezetsben. Az N rtegben szabadelektronok vannak jelen, amelyek szintn ramot vezethetnek.

1.14. bra. Az idelisdida ram/feszltsgjelleggrbje.

V

I

24

A didt kls ramkrbe kapcsolva a P rtegtl az N rteg fel megindulhat az ram,ellenkez irnyba viszont nem. Ennek magyarzata, hogy a P rtegtl az N rteg fel mutatvillamos tr a lyukakat tjuttatja az N rtegbe, az elektronokat pedig a P rtegbe, ellenkez irnyelfesztsnl viszont nincsennek tltshordozk, amelyek a hatrfelleten (PN tmenet) t ramothoznnak ltre. Az egybknt jelenlev tltshordozk is a kls tr hatsra eltvolodnak ahatrfellettl. Ennek ksznhet a dida egyenirnyt hatsa.

A szennyezst kveten a flvezet lapkt megfelel kivezetsekkel ltjk el (a P rtegkivezetse az and - A, az N rteg kivezetse a katd - K), majd tokba ptik.

A flvezet dida ram - feszltsg sszefggse exponencilis s a kvetkez egyenlettelrhat le:

)1()1( == kTqV

SVV

S eIeII T .........................................................................................(1.14.)

ahol: IS - a teltsi ram, - a flvezet tpustl fgg tnyez (lland),VT - a termikus feszltsg,q - az elektron tltse,k - a Boltzman-fle lland,T - az abszolt hmrsklet.A megfelel jelleggrbt az 1.16. brn lthatjuk. ltalban ez a jelleggrbe az 1.14. brn

megadott idelis jelleggrbe j kzeltsnek szmt. Inverz irnyban az ram valban elenysz(I=-IS0), direkt irnyban azonban figyelembe kell venni a vges nyitfeszltsget illetve afeszltsgesst (ltalban 0,5V s 1V kztti rtk). Nagyobb inverz irny feszltsg esetben avals didnl letrs jelentkezik (1.16. bra).

Didt tartalmaz ramkrk kzelt elemzsnl ltalban az 1.17. brn megadottramkri modeleket alkalmazzuk. Direkt irnyban a feszltsgesst egy lland feszltsgfeszltsgforrssal (VD) szimbolizljuk (fggetlenl az ram nagysgtl), mg inverz irnybanegyszeren megszaktjuk a didt tartalmaz gat. Hogy milyen irny a dida elfesztse (direktvagy inverz) azt az ramkr tbbi rszbl kell kikvetkeztetni. Magas frekvencin illetve kapcsolzemben figyelembe kell venni a flvezet rtegek parazita kapacitst s a vges kikapcsolsi idtis.

A flvezet didk alapvltozata mellett szmos klnleges fajtt is kifejlesztettek. Ilyeneka Zener dida, az alagt dida, a kapacits dida s a Schottky dida. A klnbz didk rajzjeleitaz 1.18. brn adtuk meg.

A Zener dida tartsan a letrsi tartomnyban zemelhet, termszetesen az tfoly ramot,illetve a vesztesgi teljestmnyt (az ram s feszltsg szorzata) korltozni kell. Mivel a letrsi

1.15. bra. A flvezetdida felptse.

P

N

A

K

25

feszltsg viszonylag stabil rtk, a Zener didkat mint precz feszltsgforrsokat alkalmazzk,de feszltsg-korltozsra (tlfeszltsg vdelemre) is megfelelnek.

Az alagtdida jelleggrbje nem monoton nvekv, hanem tartalmaz egy visszahajl,negatv ellenlls, szakaszt. A negatv ellenllsnak ksznheten alagtdidval pthetkmagasfrekvencis oszciltorok, modultorok stb.

A kapacits-didknl azt a jelensget hasznljuk ki, hogy a flvezet rtegek kzttikapacits fggvnye az alkalmazott inverz irny elfesztsnek. A kapacits-didkat kszlkekhangolsra, frekvenciabelltsra hasznljuk.

A Schottky didk a kt flvezet rteg helyett egy fmrtegbl s egy flvezet rtegblllnak. Ilyen mdon a didn jelentkez feszltsgess (direkt irnyban) nagyjbl megfelezhet,ami nagyram kszlkeknl jelents megtakartst hoz. Ms alkalmazsokban a Schottky didahatkonyabb feszltsgkorltozst biztost, mint a PN tmenettel megptett didk. A fm-flvezet szerkezet htrnya viszont, hogy az inverz irny letrsi feszltsg nem emelhetmagasra.

A didk f mszaki adatai a kvetkezk:- Az zemi ram (tlagrtk - IFAV, vagy effektv rtk - IFRMS), amelyet a dida

tlmelegeds nlkl el tud viselni a tokozs bizonyos hmrsklete mellett.

1.17. bra. A didraalkalmazhat kzelt ramkrimodelek: a) vezet llapotban,b) lezrt llapotban.

1.18. bra. A klnbz didkrajzjelei: a) kznsges dida,b) Zener dida, c) alagtdida,d) kapacits-dida, e) Schottkydida. Mindegyik jellsnl afels elektrda az and.

1.16. bra. A flvezet didatnyleges jelleggrbje.

~ ~

I

V

V =const.

A K++

D

ID A KI =0D

(a) (b)

(b)(a) (c) (d) (e)(e)

26

- Az zemi ramnl ltalban nagysgrenddel nagyobb rtk a cscsram, amivel a didacsak rvid ideig terhelhet srls nlkl. A rszletesebb adatlapok megklnbztetik azismtelhet (IFRM) s egyszer jelentkez (IFSM) cscsramokat.

- A letrsi feszltsg (VBR) a legnagyobb inverz feszltsg, ameddig a dida alkalmazhat.- A didk hirtelen direkt irnybl inverz irnyba val vezrlsnl, a didn keresztl rvid

ideig jelents inverz ram folyhat, amg a tltshordozk kirlnek a PN tmenet kzelbl. Ezt azidt nevezzk kikapcsolsi, vagy szabaddvlsi idnek (trr). Ez alapjn a didkat kznsges-,gyors- illetve szuper-gyors osztlyba soroljuk.

ramtl, feszltsgtl s alkalmazsi terlettl fggen a didkat klnbz tokokbaptik, ezek kzl nhnyat az 1.19. brn mutatunk be.

1.2.2. A bipolris tranzisztorokA bipolris tranzisztor trtnelmileg az els flvezet alkatrsz, amely a segdramkrben

alkalmazott vezrljel hatsra a framkr ramt fokozatosan vagy ugrsszeren vltoztatni tudja.Maga a tranzisztor elnevezs angol szsszettel (transfer+resistor), ami vezrelhet ellenllsrautal. A bipolris jelz (amit gyakran el is hagyunk), azrt hasznlatos, mert mindkt fletltshordoznak (lyukak s elektronok) fontos szerepe van a bipolris tranzisztorok mkdsben.

Szerkezett tekintve a bipolris tranzisztor hromrteg alkatrsz, msknt mondva kt PNtmenetet tartalmaz, amelyeknl az egyik rteg (bzis - B) kzs. A kls rtegek alkotjk azemittert (E) s a kollektort (C). Mivel a bzis vkony, a PN tmenetek kztt klcsnhats lp fl,az egyik PN tmenet rama befolysolja a msik PN tmenet ramt.

A P s az N rtegeket ktflekppen sorakoztathatjuk fel a tranzisztor szerkezetben, gybeszlnk NPN s PNP tranzisztorokrl. A kt lehetsges vltozatot a megfelel rajzjelekkel az1.20. brn lthatjuk. Az NPN tranzisztorok jellemzi jobbak, ezrt elnyt lveznek sokalkalmazsban.Vannak viszont ramkri megoldsok, amelyek csak PNP tranzisztort ignyelnek,vagy mindkt tpust vegyesen.

1.19. bra. Klnbz dida tokozsok: a) fellere szerelhet SOD-123-as kivitel,b) DO-41-es axilis kivitel, c) TO-220AC manyag kivitel d) DO-4-es csavarosfmtokozs.

(a) (b) (c) (d)

27

Az NPN tranzisztorok jellemz elfesztst (polarizcijt) az 1.21. brn lthatjuk. A rajzszerint a kollektor-bzis (CB) tmenet inverz irnyban van elfesztve, amibl az kvetkezne, hogynem vezet ramot, illetve, hogy a framkrben nem mrhet ram. Ez gy is van mindaddig, mg asegdramkrben nem indtunk el ramot. A BE tmenet pozitv elfesztse hatsra azonban asegdram megindul, tltshordozkat juttat a kollektor-bzis tmenet kzelbe, ami a frambeindulshoz vezet.

A segdramkr ramnak vltoztatsval a framkr rama fokozatmentesen llthat (eztnevezik lineris, vagy erst zemnek), vagy ki-be kapcsolhat (ez a kapcsolzem). Mindktesetben a segdramkrben alkalmazott vezrljel teljestmnye nagysgrendekkel kisebb aframkrben szablyozott teljestmnynl.

A tranzisztor lersnl az alapvet gond, hogy hrom feszltsg (VBE, VCB, VCE) s hromram (IC, I E, IB) kztt kell sszefggst teremteni. Enyht krlmny, hogy csak kt ram s ktfeszltsg fggetlen, a harmadik kifejezhet a msik kett sszegeknt vagy klnbsgeknt.

A matematikai modelek kzl a tranzisztorok lersnl az arany kzputat (bonyolultsg spontossg szempontjbl) az Ebers-Moll fle egyenletek jelentik. NPN tranzisztorra alkalmazva azegyenletek a kvetkezk:

)1()1( = TBC

T

BE

VV

SCRV

V

SEE eIeII ..............................................................................(1.15.)

1.20. bra. a) Az NPNtranzisztor szerkezete srajzjele, b) a PNPtranzisztor szerkezete srajzjele. A rajzjeleken ittfltntettk az egyeskivezetsek betjelt is, aksbbiekben erre nemlesz szksg.

1.21. bra. Az NPNtranzisztor szoksoselfesztse s ramkrei:I - segdramkr, II -framkr.

N

P

C

E E

C

N

N

P

P

B B

(a) (b)

C

C

Q

RE RC

VEEVCC

+

+

28

)1()1( += TBE

T

BC

VV

SEFV

V

SCC eIeII ............................................................................(1.16.)

ahol:ISE - a BE tmenet teltsi rama,ISC - a BC tmenet teltsi rama,F - az emittertl a kollektor fel mutat ramarstsi tnyez,R - a kollektortl az emitter fel mutat ramerstsi tnyez.Megfelel eljel-vltoztatsokkal az (1.15.) s (1.16.) egyenletek PNP tranzisztorra is

alkalmazhatk. Az egyenletek jobb oldaln szerepl els tagok az illet PN tmenet ramt fejezikki, egymstl fggetlen PN tmenetek esetre, mg a msodik tagok ppen a PN tmenetekklcsnhatsbl (tranzisztor hats) erednek.

A fenti sszefggsek brzolsnl nem jelleggrbkrl, hanem grbeseregrl beszlnk.A grbk alakja attl fgg, hogy melyik vltozk kztt teremtenek kapcsolatot, valamint attl,hogy melyik kivezetst tekintjk a kimenetnek, bemenetnek s a referencia pontnak. Az 1.22. bratipikus bemeneti grbesereget ad meg, az 1.23. bra viszont kimeneti grbesereget mutat be.Mindkt esetben az emitter a kzs pont a framkrben s a segdramkrben. Ilyen esetben kzsemitter csatolsrl beszlnk. Hasonlkppen kialakthatunk kzs kollektor s kzs bziscsatolst is.

1.22. bra. Az NPN tranzisztorbemeneti jelleggrbi (egytipikus kisteljestmnytranzisztorra).

1.23. bra. Az NPN tranzisztorkimeneti jelleggrbi (egytipikus kisteljestmnytranzisztorra).

0,5 1,0

V [V]

V =0VCEV =0,2VCE

V =5VCE

-5

I [uA]B

20

40

60

80

100

I [mA]

V [V]

C

CE2 4 6 8 10 12

1

2

3

4

I =0uA

I =10uA

I =20uA

I =30uA

I =40uA

B

B

B

B

B

00

A tranzisztor sszetettsgbl addan az zemeltets sorn tbb mkdsi tartomnytklnbztethetnk meg. Erstsi clokra a tranzisztort aktv zembe vezreljk. Ennek felttele aBE tmenet direkt irny elfesztse s a BC tmenet inverz irny elfesztse. Az aktv zembenmegkzeltleg lineris sszefggs ll fenn a kollektorram s a bzisram kztt:

BC II = ........................................................................................................................(1.17.)

ahol: - a bzistl a kollektor fel mutat erstsi tnyez.A VBE feszltsg az aktv zemben nagyjbl lland rtk. gy aktv zemben a 1.24.

brn bemutatott ramkri modeleket alkalmazhatjuk a kzelt szmtsoknl (nagy s kis jelekre).Magasfrekvencis alkalmazsoknl figyelembe kell venni a flvezet rtegek parazita kapacitsaitis, amit az 1.24.b. brn szaggatott vonallal jelltnk be.

Az aktv zem hatresetei a telts s a lezrs. A BE tmenetet inverz irnyba elfesztve(flt et mr korbban is inverz irny elfesztst kapott) a segdramnull rl beszlnk. Ilyen esetben a modelezs csak annyibl ll, hogy atranz nullhoz kzeli rtk, eltvoltjuk az ramkrbl.

gy mindkt PN tmenetet direkt irnyba fesztjk el. Ilyenkor gytekin en mrhet feszltsgek nagyjbl lland rtkek, az ramokatviszo k meg. Csak annyi kikts van, hogy IC

30

VCE tengelyeken kvl a diagramot az ICM maximlis kollektorram, a BVCE (esetleg BVCB)letrsi feszltsgek, a maximlis teljestmny s a msodlagos letrs hatrozza meg.

A feszltsg- s az ramkorltok rtelme hasonl mint a didnl. A teljestmnynek aflvezet lapka melegedse szab hatrt. Kls htssel a terhelhetsg nvelhet.

A msodlagos letrs bonyolult jelensg, amely kapcsols kzben veszlyezteti atranzisztort. Lnyege, hogy kikapcsols kzben a bziskivezetstl tvol es rszekben nagyramsrsg lp fel, illetve bekapcsols kzben a bziskivezets kzelben sszpontosul az ram.Mindkt esetben a tranzisztor vezrelhetetlenn vlhat, s a helyi tlterhels miatt tnkremehet(elreped vagy elolvad a lapka).

Teljestmnyktl fggen a tranzisztorokat klnbz tokozsokba ptik. Nhny kiviteltaz 1.27. brn lthatunk.

1.27. bra. Tranzisztor tokozsok: a) felleti szerels SOT-23-as kivitel, b) TO-92-eskivitel, c) TO-126-os kivitel, d) TO-220-as kivitel, e) TO-247-es kivitel, f) TO-3-askivitel, g) nagyteljestmny tranzisztor-modul.

1.26. bra. A bipolris tranzisztorbiztonsgos zemi tartomnya(SOAR): I - maximlis ram, II -maximlis feszltsg, III -maximlis teljestmny, IV -szekundris letrs.

I

II

III

IV

I

V

I

CEBVCE

CM

C

(a) (b) (c) (d)

(e) (f) (g)(g)

1.2.3. A JFET-ekA keresztirny villamos trrel vezrelt flvezet csatorna tlete (Lilinfeld, 1925) jval

megelzte a bipolris tranzisztor feltallst, a megvalsts azonban sokig vratott magra. Abipolris tranzisztorokkal kapcsolatos technolgiai jtsok tettk lehetv olyan flvezetcsatornk ltrehozst, amelyek kell rzkenysget mutattak, alkalmasnak bizonyultak vezrlsre.

A JFET a trvezrls tranzisztorok kzl elszr kerlt forgalomba. Neve (junction fieldeffect transistor - flvezet tmeneten alapul trvezrelt tranzisztor) arra utal, hogy PN tmenetvlasztja el a vezrljelet a flvezet csatorntl, gyszintn a PN tmenet elfesztse mdostja aflvezet csatorna vezet-kpessgt.

A JFET felptst az 1.28. bra szemllteti. Egy eredetileg N tpus flvezet lapktmindkt oldalrl P tpus atomokkal szennyeznek, gy a kzponti csatorna kt oldaln PNtmenetek alakulnak ki. gy kszl az N csatorns JFET. P tpus lapkbl kiindulva, N tpusszennyezssel viszont P csatorns JFET-et kapunk. A megfelel rajzjeleket is az 1.28. brnlthatjuk. A csatorna kt kivezetsnek nevei: drain (D) s source (S). A vezrlelektrdt (G -gate) gy alaktjk ki, hogy a lapka kt oldals kivezetst sszektik.

csatkir(er

modtputran

egy

1.28. bra. Az a) N

(a) (b)

G

G

S DP

P

N

G

G

S DN

N

P

G G

S SD Dcsatorns s b) Pcsatorns JFETszerkezete s rajzjele. Arajzjeleken ittfltntettk az egyeskivezetsek betjelt is, aksbbiekben erre nemlesz szksg.31

A JFET mkdsi elve viszonylag egyszer. A PN tmenetek elfesztse nlkl (VGS=0) aorna jl vezet. Inverz irny elfesztskor a PN tmenet kzelben lv csatornarszekbllnek a tltsek, s cskken a vezetkpessg. A csatorna vezrlse trtnhet folyamatosanst zem) vagy ugrsszeren (kapcsol zem).

Direkt irny elfesztst a JFET-eknl nem alkalmaznak. Ez lnyegesen egyszersti aelezst, mivel a vezrl elektrda (gate) rama mindig nullnak vehet. A JFET csatornjban astl fggen vagy csak elektronok, vagy csak lyukak vezetik az ramot, ezrt ezekre azisztorokra hasznlatos az unipolris jelz.

A JFET matematikai lerst az:

=

2

12P

DS

P

DS

P

GSDSSD V

VVV

VVII ............................................................................(1.18.)

enlet adja meg, ahol:IDSS - a teltsi ram,VP - a lezrsi feszltsg.

32

Msik egyenletekre nincs szksg, mivel IG=0, IS=ID. Az egyenlet az gynevezett trida-tartomnyban rvnyes, amelynek hatrai a 0

33

lthat modelhez. Magas frekvencis alkalmazsokban figyelembe kell venni a szaggatott vonallalbejellt parazita kapacitsokat is.

A JFET-eknek szmos alkalmazsuk van az analg s a digitlis technika terletn, gydiszkrt, mint integrlt formban. Mivel nincsennek nagyteljestmny JFET-ek, csak nhnyfelleti szerels tokozs, valamint a bipolris tranzisztoroknl emltett TO-92-es manyag tokozsvan hasznlatban.

A JFET-ek f mszaki adatai a letrsi feszltsgek (BVGS, BVDS), a maximlis drain ram(IDMAX), a maximlis hteljestmny (PDMAX). Ezek kpezik a biztonsgos zemi tartomny (SOAR)hatrait. Egyb adatok a lezrsi feszltsg (Vp) s a teltsi ram (IDSS).

1.2.4. A MOSFET-ekA trhatson alapul s egyben unipolris tranzisztorok msik csoportjt alkotjk a

klnbz szerkezet MOSFET-ek. A MOS (metal-oxide-semiconductor) rvidts a hromrtegfm-oxid-flvezet felptsre utal (1.32. bra).

1.30. A JFET kimeneti jelleggrbi(tipikus N-csatorns JFET-re).

1.31. bra. A JFETramkri modeljei: a)nagy jelre s b) kisjelre.

1.32. bra. A hromrteg MOS(fm - oxid - flvezet) szerkezet.

I [mA]

V [V]

D

DS

GS

GS

GS

GS

GS

V =0V

V =-1V

V =-2V

V =-3V

V =Vp00

2

3

4

1

2 4 6 8

I =f(V ,V )

G D

S S

(a)

GS DSD

g Vm gsC

C

gs

gdG

S S

D

(b)

Al SiO2

Si

A flvezet rteg (Si) kpezi a csatornt, amelynek ramt a fmrtegre (Al - alumnium)vezetett elfesztssel tudjuk befolysolni. A fmrteg s a csatorna kztti esetleges galvanikuskapcsolatot a szigetel hats oxidrteg (SiO2 - szilcium dioxid) sznteti meg.

A csatorna lehet N tpus, illetve P tpus flvezetbl; ez alapjn megklnbztetnk Ncsatorns s P csatorns MOSFET-eket. Ellenttben a JFET-ekkel, ahol az elfeszts a csatornaegyrtelm szklshez vezetett, a MOSFET-ek klnbzkppen reaglnak a vezrlelektrdravezetett feszltsgre. Az gynevezett beptett csatorns MOSFET-ek az elfeszts eljeltlfggen az elfeszts hatsra vagy jobban, vagy rosszabbul vezetik az ramot, mint elfesztsnlkl. Az induklt csatorns MOSFET-eknl viszont elfeszts nlkl nem indulhat meg avezets. A ngy lehetsges tpus MOSFET rajzjeleit s tviteli jelleggrbiket az 1.33. brnlthatjuk.

csatlaelrennem

alkategysz

ID IDI VVD GS

I VVD GS

D D D D

G G G GG

SSSSVVGS VVGS

(a) (b) (c) (d)34

A MOSFET-ek kivezetseit ugyangy nevezzk mint a FET-ek kivezetseit: a csatornakozsi pontjai a D - drain s az S - source, a vezrlelektrda viszont a G - gate. Szimmetrikus

dezsnl elvileg a drain s a source flcserlhetk, de a valsgban az alkatrszek tbbsgeszimmetrikus.

A megadott rajzjelek nem igazn kzkedveltek. Ha nem fontos kihagslyozni, hogy azrsznek beptett csatornja vagy induklt csatornja van-e, inkbb az 1.34. brn megadotterstett rajzjeleket hasznljuk.

1.33. bra. A klnbz tpus MOSFET-ek rajzjelei s tviteli jelleggrbi (bemenramirnyt flttelezve): a) beptett N csatorns, b) induklt N csatorns, c) beptettP csatorns, d) induklt P csatorns vltozatok. A rajzjeleken itt fltntettk az egyeskivezetsek betjelt is, a ksbbiekben erre nem lesz szksg.

1.34. bra. Az a) N csatorns sb) P csatorns MOSFET-ekegyszerstett rajzjelei.

(a) (b)

D D

G G

S S

A kimeneti jelleggrbesereg minden esetben hasonl (1.35. bra) azzal, hogy a VGSparamter klnbz tartomnyokbl veszi rtkt, valamint az ID s VDS mennyisgek eljeleklnbzik az N csatorns s a P csatorns vltozatoknl.

Beptett csatorns MOSFET-ekre ugyanazon matematikai model rvnyes, mint a JFET-ekre. Induklt csatorns vltozatoknl viszont a tridatartomnyban (N csatorns tpust szemllve)az:

( )[ ]22 DSDSTGSD VVVVKI = ........................................................................................(1.22.)egyenlet rvnyes, ahol:

K - megfelel lland,VT - a kszbfeszltsg.Kis VDS rtkre az (1.22.) egyenlet az:

( )[ ]DSTGSD VVVKI = 2 .................................................................................................(1.23.)alakra egyszersdik (Ohmos tartomny). Ilyenkor a csatorna:

1 .................................................................................................(1.24.)

ellenl k tekinthet.svel a VDS=VGS-VT hatrrtket meghaladva a teltsi tartomnyba

jutunk kedse lell, az:

kplet

egyes

hogy f

1.35. bra. N csatornsMOSFET tipikuskimeneti jelleggrb(kis teljestmnyalkatrszre).

I [mA]

V [V]

D

DS

GS5

GS4

GS3

GS2

GS1

V

V

V

V

V 00

2

3

4

1

2 4 6 8( )TGSDS VVKR = 2 .....

ls vezrelt ellenllsnaA VDS feszltsg nvel

. Itt az ram tovbbi nve35

( )2TGSD VVKI = .........................................................................................................(1.25.)van rvnyben. Ha VGS

jelekre az ramgenertor linearizlhat, de ugyanakkor magasfrekvencis ramkrkben figyelembekell venni a MOSFET parazita kapacitsait (1.36.b. bra). Ugyanezekkel a helyettest rajzokkaltallkoztunk mr a JFET-nl is, klnbsg csak az egyenletekben van.

A MOSFET-ek f mszaki adatai a biztonsgos zem hatrai (BVGS, BVDS, IDmax, PDmax),valamint az zemi rtkek (VP illetve VT, IDSS illetve K, s kis jelre gm). A diszkrt MOSFET-ektbbsgnl a kszbfeszltsg (VT) szabvnyostott, 2V...4V tartomnyba esik, kisebb rszknl(logic level tpusak) 1V s 2V kztti.

MOSFET-ek kszlnek klnbz teljestmny-szintekre. A kisteljestmny tpusok(PDmax

37

A tirisztor szerkezett, a mkdst magyarz helyettest rajzt s rajzjelt az 1.38. brnadtuk meg. A ngyrteg szerkezetben felvltva helyezkednek el a P s az N rtegek. A tirisztort afels s az als rteghez csatlakoztatott kivezetseken (A-and, K-katd) keresztl kapcsoljuk aframkrbe, ahol a tirisztor kapcsolknt fog mkdni. A bels P rtegrl kpzett kivezets avezrlelektrda (G-gate).

Gyjtram nlkl a tirisztor egyik irnyban sem vezet ramot, hiba ll fenn tetszlegesirny elfeszts az and s a katd kztt. A vezets beindulst s fnntartst az 1.38.b. brnmegadott helyettest kapcsolson lehet vgigkvetni. A gate-tl a katd fel ltrehozott gyjtramvezreli az NPN tranzisztort (Q2), aminek kvetkeztben kollektorram indul meg. Az NPNtranzisztor kollektorrama vezreli a PNP tranzisztort (Q1) s megindul annak kollektorrama. Ez akollektorram ugyanabba a csompontba folyik be, amelybe a gyjtram, ezrt helyettesteni tudjaazt. A kapcsols ilyen mdon reteszeldik, ntartv vlik. A fram folyhat az andtl a katd felanlkl, hogy lland gyjtramot tartannk fenn, elegend csak egy rvid (nhny s) idtartamimpulzust vezetni a gate-re.

A helyettest kapcsolsbl levezethet a tirisztor matematikai modelje is. Az egyestranzisztorok Ebers-Moll-fle egyenleteibl addik a kifejezs az andramra:

( )21211

1

+

+=

COCOGA

IIII .................................................................................................(1.26.)

ahol: 1, 2 - a Q1 s Q2 tranzisztorok erstsi tnyezi,ICO1, ICO2 - a tranzisztorok teltsi ramai.Gyjts eltt az erstsi tnyezk nulla rtkek. A gyjtram hatsra 1 s 2

nvekszik, s elrve a kritikus 1+ 2=1 rtket IA fnnllhat IG=0 esetn is.A helyettest kapcsolsbl nem kvetkezik egyrtelmen, hogy a tirisztor a gyjtram

megszaktsval, esetleg ellenkez irny gate-rammal nem kapcsolhat ki. Ilyen prblkozsokesetn sajnos csak a gate krli rszek vezetst tudjuk mdostani, de az egsz szerkezet vezetllapotban marad. Kikapcsols csak akkor trtnik, ha valamilyen kls oknl fogva a fram kisrtkre cskken (IA

38

A kimeneti jelleggrbe (1.39.b bra) kikapcsolt llapotban nagyjbl a VAK tengellyel esikegybe. Tl nagy inverz irny elfesztsnl a Zener didra jellemz letrs jelentkezik, aminagyobb ram esetn tnkreteszi a tirisztort. Gyjtram nlkl direkt irny elfesztsnl ishasonl feszltsgrtknl jelentkezik a letrs, mint inverz irnyban. A klnbsg ez esetben az,hogy a tirisztor a letrs hatsra vezetsi llapotba megy t. Vezetsi (bekapcsolt) llapotban ajelleggrbe az IA tengely kzelben helyezkedik el, a fram rtktl fggetlenl a tirisztoronjelentkez feszltsgess 1V krli rtk ( a fram rtke a kls ramkr elemeitl fgg). Abekapcsolt llapotra vonatkoz jelleggrbe als pontjt az IH tartram hatrozza meg. Kisebbramnl a tirisztor tbillen kikapcsolt llapotba.

zemszer hasznlatnl a tirisztort nem visszk letrsbe, hanem a gate-en keresztlgyjtjuk. Kell nagysg gate ramnl mr nagyon kicsi VAK feszltsgnl begyjt a tirisztor.Cskkentve a gate ramt nagyobb VAK feszltsgre van szksg.

Az elmondottak alapjn a tirisztor mkdsi tartomnyai a vezets, a lezrs s a letrs.Fbb mszaki adataik a letrsi feszltsg direkt irnyban (VDRM) s inverz irnyban (VRRMVDRM),valamint a maximlis ram a framkrben (ISM-cscsrtk, IAV-tlagrtk).

A rszletesebb adatlapok kzlik a szabaddvlsi idt (trr), amire a tirisztornak szksge vana kikapcsolt llapotba val tbillenshez, miutn a framot a tartram rtke al cskkentettk. Atrr rtktl fggen a tirisztorokat hlzati- s gyors osztlyba soroljuk.

A tirisztorok korltozott dvAK/dt s diA/dt rtket tudnak csak elviselni. A tl nagyfeszltsgmeredeksg kvetkeztben a tirisztorban kapacitv ramok jelentkeznek, amelyekbegyjtshoz vezetnek. A tl nagy rammeredeksg viszont, a fram egyenetlen eloszlsa miatt, aflvezet lapka helyi tlterhelshez s tnkremenetelhez vezet.

Az alapvltozaton kvl a tirisztorok csaldjba tartozik mg nhny hasonl alkatrsz. Atriac ktirny tirisztor, amellyel vltram krben a feszltsg mindkt flperidusban betudunk avatkozni. Rajzjelt s jelleggrbjt az 1.40. brn lthatjuk.

A GTO (gate turn off) tirisztor a kznsges tirisztortl eltren kikapcsolhat a gate-revezetett negatv impulzussal. Nagy amplitdj s nagy meredeksg impulzusra van szksg.Rajzjelt s jellegzetes gyjt- s olt-impulzusait az 1.41. brn szemlltetjk.

1.39. bra. A tirisztor a)bemeneti (segdramkri)s b) kimeneti (framkri)jelleggrbje.

~ ~ ~ ~

(a) (b)

I

I

V

V

GK

AK

A

G

I >0 I =0G G

IHV

VDRM

RRM

39

A diac szintn ktirny szerkezet, de nincs gate-je, hanem a letrsi jelensget hasznljkki. Klnbz gyjtkrkben alkalmazzk. Rajzjelt s jelleggrbjt az 1.42. brn lthatjuk.

A SIDAC a diachoz hasonl gate nlkli szerkezet, azzal, hogy a letrs utnimaradkfeszltsge lnyegesen kisebb. Tlfeszltsg-vdelemre s gyjtkrkben alkalmazzk.Rajzjelt s jelleggrbjt az 1.43. brn adtuk meg.

1.40. bra. A triac rajzjeles jelleggrbje.

1.41. bra. A GTOtirisztor rajzjele, valamintjellegzetes gyjt- s olt-impulzusai.

1.42. bra. Adiac rajzjele sjelleggrbje.

G

M1

M2

I

V

12

12

A

KG

0i (t)G t

1

2

I

V

12

12

40

A tirisztorok nagyon szles ram s feszltsgtartomnyban kszlnek (a fels hatr tbb kAs kV). Nhny jellemz tirisztor tokozst az 1.44. brn lthatunk.

1.2.6. Az IGBT-kAz IGBT-k teljestmny-elektronikai alkatrszek, amelyek tmenetet kpeznek a bipolris

tranzisztorok s a MOSFET-ek kztt. Maga az IGBT kifejezs (Insulated Gate Bipolar Transistor -szigetelt vezrlelektrdj bipolris tranzisztor) a bipolris tranzisztorokkal val rokonsgra utal.Jelents mkdsbeli hasonlsg, hogy a framot ktfle tltshordoz alkotja (elektronok slyukak).

Szerkezett tekintva az IGBT nagyon kasonlt a fggleges elrendezs MOSFET-re, csak akollektor (C) felli oldalon hozzadnak egy ersen szennyezett P+ rteget (1.45.a. bra). Atnyleges alkatrszek nagyszm ilyen cellbl plnek fel, prhuzamos ktsben. Az IGBTrajzjelt az 1.45.b. brn lthatjuk.

1.43. bra. A SIDACrajzjele s jelleggrbje.

1.44. bra. Tirisztor tokozsok: a) TO-92-es tokozs, b) TO-220-as tokozs, c) TOP-3-as tokozs, d) TO-208AA tokozs, e) TO-209AB tokozs, f) TO-200AB tokozs.

1

2

I

V

12

12

(a) (b) (c) (d)

(e) (f)

41

A csatorna megnyitst s a fram megindulst a gate (G) megfelel (pozitv) elfesztseteszi lehetv: a gate alatti P rtegben N tpus csatorna jn ltre. Miutn az elektronrammegindult az emitterbl (E) a csatornn keresztl, lyukak znlenek a P+ rtegbl a szomszdos Nrtegbe s cskkentik annak ellenllst. A lyukak jelenlte cskkenti a vesztesgeket bekapcsoltllapotban a MOSFET szerkezethez kpest, sajnos lasstja is az IGBT kikapcsolst. gy sebessgszempontjbl is az IGBT tmenetet kpez a bipolris tranzisztorok s a MOSFET-ek kztt.

A MOSFET-hez hasonlan az IGBT vezrlelektrdja (gate) is el van szigetelve acsatorntl, gy llandsult llapotban rvnyes az IG=0 sszefggs. Ebbl kifolylag csak tvitelis kimeneti jelleggrbkrl beszlhetnk. Tipikus jelleggrbket az 1.46. brn lthatunk.

Az IGBT-ket szinte kivtel nlkl kapcsolzemben alkalmazzk. Az IC, VCE skbanbehatrolhatk az IGBT mkdsi tartomnyai. Bekapcsolt llapotban a munkapont az IC tengelykzelben van, a feszltsg VCE=VCEsat=2V...5V. Kikapcsolt llapotban a munkapont gyakorlatilag aVCE tengelyen tallhat. A tengelyektl tvol es (teltsi) tartomnyban csak tmenetilegtartzkodik a munkapont, mivel itt nagyok a vesztesgek. VCE0 esetn is trtnik letrs, de sokkal nagyobb feszltgnl(BVCE).

Az tviteli jelleggrbe hasonlt a MOSFET-ek tviteli jelleggrbjhez, csak akszbfeszltsg (VT) nagyobb (rendszerint 4V...8V).

Az IGBT-knl a biztonsgos mkds hatrait a letrsi feszltsgek (BVCE, BVGE), amaximlis ram (ICmax), s a maximlis vesztesgi teljestmny (PDmax) alkotjk. A fontosabbzemeltetsi adatok a VCEsat teltsi feszltsg s a VT kszbfeszltsg.

1.45. bra. Az IGBTszerkezete (a) srajzjele (b).

1.46. bra. Az IGBT a)tviteli s b) kimenetijelleggrbje.

G GE

CC

P+NP

N NG

C

E

(a) (b)

SiO2

I I

VV

V

V

V

V

V

GECE

GE1

GE2

GE3

G