diff --git a/VO1P/2. semestr - LO/ZEO/1. Zápočtový test.md b/VO1P/2. semestr - LO/ZEO/1. Zápočtový test.md index cd68b97..1677c3e 100644 --- a/VO1P/2. semestr - LO/ZEO/1. Zápočtový test.md +++ b/VO1P/2. semestr - LO/ZEO/1. Zápočtový test.md @@ -171,4 +171,300 @@ $P=\frac{N_2}{N_1}=\frac{U_2}{U_1}=\frac{I_1}{I_2}$ - Správněji **induktivní reaktance** - Induktance je **důsledkem přeměny energie proudového pole na energii magnetického pole** - V RL obvodech **induktance způsobuje fázový posuv mezi proudem a napětím**. **Proud** procházející obvodem **se zpožďuje za napětím** -- $X_L = L*\omega$ \ No newline at end of file +- $X_L = L*\omega$ + +## Diody +- dioda má **dvě elektrody**, **anodu** a **katodu** +- je-li **anoda kladnější než katoda, dioda vede proud** +- obráceně proud nevede + +### Spínací dioda +- **Schotkyho** dioda +- Tam kde se rychle mění polarita + +### Fotodioda +- Upravena tak aby k PN přechodu mohlo světlo +- Bez osvětlení funguje jako běžná dioda +- Reakce 10-6 až 10-9 s +- Princip fotoelektrického jevu +- Odporový režim – zapojím v závěrném směru a mám světlo-citlivý odpor + +### LED (Svítivá) dioda +- Charakteristika analogická k normálním diodám +- Podstatně vyšší úbytek napětí +- Na přechodu se emituje světlo +- Projde proud -> rekombinují se elektrony -> uvolňuje se energie - > energie se vyzáří v podobě elektronu +- Malé proudy +- Předřadné rezisory + +## Usměrňovače +- **„Jednoduchý“ obvod pro převod AC na DC** +- Většina obvodů potřebuje DC napětí +- Dnes už téměř zcela vyřadil motorgenerátory +- i vícefázové + +### Usměrňovač - Jednocestný +### Usměrňovač - Dvoucestný můstkový +### Zenerova dioda +- Speciální dioda s úzkým PN převodem +- Používá se v závěrném směru – omezí napětí +- Zenerův jev +- Lavinový efekt + +## Baterie +### Rozdělení +- **Primární články** + – nenabíjecí chemické baterie +- **Sekundární články** / Akumulátory + – lze je nabít + - Chemická energie se mění na elektrickou a naopak + +- Monočlánek +- Baterie + +### Primární články +- liší se dle své konstrukce (tvaru) a použité **chemie** +- Tužková AA, mikrotužková AAA +- C a D články +- 9V +- **Karbon-Zinek** +- **Lithium** +- **Alkalické** +- výhody: + - malé samovybíjení (roky) + - dostupné všude +- nevýhody: + - jen jedno použití + - vyšší vnitřní odpor (malé proudy) + - vytékání + - nerecyklují se + +#### Karbon-zinkové +- Původní typ +- Pro málo náročné aplikace (ovladače, hračky,…) +- Levné +- Poměrně malá kapacita + +#### Alkalické +- výhody: + - Velmi rozšířené + - Vyšší kapacita + - Velmi nízké samovybíjení +- nevýhody: + - Vyšší vnitřní odpor – malé zátěže + - Dražší + - Špatně snáší chlad + - Vyšší náchylnost k vytékání + +#### Lithiové +- NEZAMĚNIT s Li-ion – ty jsou nabíjecí! +- Různé typy a rozměry ale **nejčastěji knoflíky** CR20xx - Velmi lehké +- Téměř nulové samovybíjení (až 20 let) +- Malý vnitřní odpor (velké proudy) +- Vyšší kapacita +- Vyšší cena +- Pozor na stejný rozměr (AA) ale vyšší napětí (3,6V) + +### Akumulátory +- Akumulátorem rozumíme takovou baterii nebo článek, který lze nabít elektrickou energií a následně vybít do zátěže s tím, že tento proces lze provádět opakovaně +- Potkáme asi více než primární články (ty jsou vytlačovány NiMH) +- Aku-pack/baterie + +#### Dělení +- Různé druhy, ale hlavně: + - „Chemie“ + - Hustota energie + - Napětí článku + - Stabilita (životnost) + +#### Hustota energie +- Udává nám kolik energie jsme schopni uložit do jednotkového objemu +- Olověný: 60-110 Wh/L +- NiCd: 150–200 Wh/L +- NiMH: 140-300 Wh/L +- NiZn: 280 Wh/L +- Li-ion: 250-676 Wh/L +- Pro srovnání: Alkalický článek (primární): 250-434 Wh/L + +#### Napětí článku +- NiMH: 1.20V/článek +- NiCd: 1.20V/článek +- NiZn: 1.65V/článek +- Olověný: 2.10V/článek +- Li-ion: 3.60V/článek +- Pro celou baterii (akupack) se sčítají jednotlivé články + +#### Olověné baterie +- Akumulátor s elektrodami na bázi olova, jehož elektrolytem je kyselina sírová H2SO4 +- Dneska klasicky tzv. gelové bezúdržbové akumulátory +- Poskytuje vysoké rázové proudy +- Spolehlivost (5 a více let, 500-800 cyklů) +- Snese mírné přebíjení +- Nesnese podbití (rychle nabíjet jinak klesá kapacita) +- Velká hmotnost +- 2,1-1,95V + +#### NiMH,NiCd,NiZn +- Snaha nahradit primární články +- Nejprve NiCd – zastaralé a nahrazené NiMHa jsou velmi citlivé na přebíjení +- NiZn – fajn na proudy ale malá životnost (200- 300 ale po 50 silné samovybíjení) +- Dále se budeme věnovat NiMH + +#### NiMH +- Ideálně s napětím 1,2 V nahrazují primární články +- Nickel Methal Hybride +- Samovybíjení – první den 5-20%, potom 1-4%denně +- Proto technologie NiMH LSD (Low Self- Discharge) – sice o 20-30% nižší kapacita ale udrží 90% více než rok +- Životnost cca 1000 cyklů (spec. i 2000) ale zásadní vliv hraje správné nabíjení + +#### Li-Ion +- Lithium iontové články se díky svým vlastnostem používají hojně ve spotřební elektronice +- Díky vyššímu nominálnímu napětí článku (3,6V) může zařízení vyžadující vyšší napětí pracovat s méně články místo např. baterie složené z více NiMH článků +- Monočlánek velikosti 18650 +- Velká hustota energie +- 4,2-2,6V +- Malé samovybíjení +- 500-1000 Cyklů +- Pozor na podbití (2V a následné nabití může znamenat výbuch článku!) +- Stárnutí (po 2-3 letech KO i když se nepoužívají) +- Specifické je i nabíjení – nesmí se ani přebíjet + +#### Li-pol (Lithium-polymer) +- Li-pol akumulátor používá místo tekutého elektrolytu (Li-ion) elektrolyt pevný +- Velmi lehké (15%) ale objemnější (20%) +- Libovolné tvary +- Tenké tvary +- Pro RC, PDA, Mobily,… +- Ostatní vlastnosti dost podobné jako Li-ion + +## Spínané zdroje a DC-DC měniče +- výhody: + - Malá hmotnost + - Vysoká účinnost + - Menší rozměry +- nevýhody: + - Rušení od spínání + - Omezená životnost (Namáhané kondenzátory) + +### DC-DC měniče +- Nábojová pumpa + – topologie pro velmi nízké výkony (proud řádu jednotek miliampérů.) + - Výhodou je konstrukce bez cívek – jako zásobník energie využívá kondenzátory +- **Snižovač napětí** – (angl. step-down nebo buck-converter) +- **Zvyšovač napětí** – (angl. step-up nebo boost-converter) +- **Invertor** (angl. buck-boost – umožňuje zvyšování i snižování napětí, obrací polaritu napětí. (Nemá nic společného se svářecím invertorem) +- **Bezrozptylový měnič** + – výstupní napětí může být vyšší nebo nižší než vstupní, polarita zůstává stejná +- **Obousměrný měnič** + – umožňuje přenos napětí oběma směry + - tj. výstup může fungovat jako vstup a naopak + - použití např. při řízení motorů s možností rekuperačního brždění. + - Bezrozptylový invertor (Ćuk) – obrací polaritu vstupního napětí + +#### Zvyšovač napětí +- Vypínač sepnut nebo rozepnut +- Pokud sepnut – ze zdroje teče proud a levý konec je + +- Pokud rozepnut – cívka začne ztrácet mag. pole a změní se její polarita +- Sčítá se napětí cívky a napětí zdroje a hlavně se nabíjí kondenzátor na vyšší napětí od cívky + +#### Snižovač napětí +- Spínač má dva stavy – vypnuto zapnuto +- Když zapnuto – teče proud který je nějak omezen cívkou a levá strana + +- Když rozepnuto – přepólování pravá strana + cívka se chová jako zdroj a maximální napětí omezí ZD + +## Operační zesilovače +- Jeden z nejčastěji používaných prvků +- **Operační** – „umí“ matematické operace => + - Základní prvek pro zracování analogového signálu (součet, rozdíl, negace, integrace, derivace, generování signálu, …) + - V zásadě ekvivalent mikroprocesoru pro analog +- Původně určen (nejen) pro analogové počítače + +### Blokové schéma operačního zesilovače +### Rozdělení operačního zesilovače +- Univerzální + - Pro běžné použití +- Přístrojové + - Pro měření malých napětí (velké zesílení malé zb. nap.) +- Širokopásmové a rychlé + - Pro vysoké frekvence 20 – 700 MHz +- Pro velká výstupní napětí – Stovky voltů +- Speciální + - Speciální aplikace většinou s malou spotřebou +- Podle technologie + – Bipolární + – Unipolární +- Podle napájení + – Symetrické + – Nesymetrické (zřídka) + +### Zpětná vazba +- OZ **bez zpětné vazby** => **plné zesílení** +- OZ se **zápornou zpětnou vazbou** => **vede z výstupu do invertujícího vstupu** +- OZ s **kladnou zpětnou vazbou** => vede z výstupu do **ne**invertujícího vstupu +- OZ se **zápornou** a **kladnou zpětnou vazbou** => vede z výstupu do **obou vstupů** + +## Tranzistory +### Typy +- bipolární +- unipolární + +### Bipolární tranzistor +- je elektronická součástka se třemi elektrodami +- zesilují I, U nebo obojí - záleží na způsobu zapojení +- využívají ke své činnosti elektrony i díry. +- Bipolární tranzistor se skládá ze tří různě dotovaných oblastí tvořících dva přechody PN v těsném uspořádání. +- Názvy emitoru a kolektoru respektují skutečnost, že silně dotovaný emitor "emituje" díry do úzké báze, kterou většina z nich projde a je "sbírána" kolektorem +- Počet prošlých částic z emitoru do kolektoru lze ovládat velikostí proudu do báze +- Název báze vznikl historicky, když u prvního tranzistoru byla báze tvořena základní destičkou (base), do níž byly shora přitlačeny přívody emitoru a kolektoru. +- Šipka ve schematické značce vyznačuje kladný směr proudu emitorem + +#### Podmínky funkce +- Tenká vrstva báze +- Emitor dotovaný více než báze +- Báze dotovaná více než kolektor + +### Unipolární tranzistory +- Polovodičový prvek, který se používá pro: + - Zesilování signálů + - Spínání signálů + - Regulaci logických funkcí +- Je tvořen základní polovodičovou destičkou slabě dotovanou příměsí, tj. o velkém odporu +- Na destičce např. typu N jsou zhotoveny dvě oblasti s opačným druhem vodivosti P, ze kterých jsou vyvedeny C a E +- Hradlo G je od základní destičky odděleno vrstvou SiO2. • Izolační vrstvička tvoří dielektrikum kondenzátoru, jehož elektrodami jsou hradlo a polovodičová destička, která je obvykle svorkou S připojena na E +- Po připojení napětí UGE zápornou svorkou na hradlo a kladnou na E, indukuje se pod vrstvou oxidu na základní destičce kladný náboj, který mění její vodivost z typu N na P +- Od tzv. prahového napětí UGE=UT vzniká mezi C a E indukovaný kanál, který vodivě spojuje obě elektrody +- Po připojení napětí UCE mezi C a E uzavírá se kanálem proud IC, jehož velikost závisí na napětí UCE i +UGE + +#### Typy unipolárních tranzistorů +- JFET (unipolární tranzistor s přechodovým hradlem) Regulace proudu probíhá přivedením napětí mezi svorky G a S +- Přivedeme-li na řídící elektrodu závěrné napětí, dojde k rozšíření PN přechodu. Pokud je dostatečně vysoké řídící napětí, dojde k zahrazení nebo omezení proudu protékajícího mezi elektrodami S a D. +- MSFET (unipolární tranzistor s přechodovým hradlem) +- TFT +- IGFET +- MOFSET + - S vodivým kanálem + - S indukovaným kanálem +- MNFSET +- MESFET(unipolární tranzistor s izolovaným hradlem) + +#### Unipolární tranzistor jako spínací prvek +- Použití tranzistorů řízených polem ve funkci spínacího prvku má řadu výhod: + - izolované hradlo umožňuje téměř dokonalé oddělení řídicího a spínaného obvodu + - tranzistory řízené polem umožňují spínat signály mající kladnou i zápornou polaritu napětí, + - protože neobsahují přechod PN jako bipolární tranzistory, neprojevuje se u nich nutnost zotavení přechodu PN při otevírání nebo zavírání tranzistoru + - protože mezi kolektorem a emitorem není žádný přechod PN, neprojevuje se napěťový posuv způsobený napětím na tomto + přechodu jako u bipolárních tranzistorů + - protože má FET při sepnutí odpor rDS(on) řádově jednotky až stovky ohmů a v rozepnutém stavu řádově MΩ, je vhodný pro použití ve funkci spínače (poměr odporů v sepnutém a rozepnutém stavu je velký) + +- Nevýhoda použití tranzistorů řízených polem ve funkci spínacího prvku: + - při vyšších kmitočtech se projevuje vliv vnitřních kapacit, což má za následek pokles impedance uzavřeného FETu + - rychlost spínání je omezena vnitřními kapacitami tranzistoru + +#### Řízený odpor +- Možnost této aplikace vyplývá z toho, že kolektorový odpor mezi kolektorem a emitorem je možné v odporové oblasti lineárně měřit řídicímnapětím na hradle tranzistoru +- Při uvedeném použití je tranzistor provozován v lineární odporové oblasti s napětím mezi kolektorem a emitorem menším než asi 100 až 200 mV +- Přibližně do uvedených hodnot napětí mezi kolektorem a emitorem jsou výstupní charakteristiky tranzistoru JFET lineární a souměrné kolem počátku souřadnic. Kolektorový proud je lineárně závislý na kolektorovémnapětí, napětí na kolektoru může být kladné nebo záporné +- Voltampérové charakteristiky jsou charakteristikami odporů. Lineární závislost proudu na přiloženém napětí charakterizuje lineární rezistor +- Parametrem výstupních charakteristik je napětí UGS, takže změnou tohoto napětí je možné měnit hodnotu odporu. Se zvětšováním záporné hodnoty napětí UGS (pro NJFET) dochází ke zmenšování šířky kanálu a zároveň i velikosti jeho odporu +