- •Конспект лекцій
- •1. Дискретні електричні компоненти 8
- •1.1. Електричні дроти та кабелі 8
- •1.4. Різницево-струмові захисні вимикачі 23
- •1.5. Перемикачі та реле 26
- •1.6. Трансформатори, мережні пристрої живлення та проти аварійні пристрої 33
- •1. Дискретні електричні компоненти
- •1.1. Електричні дроти та кабелі
- •1.1.1. Основні відомості про електричні провідники
- •1.1.2. Описи і назви кабелів
- •Ізоляція і матеріал оболонки
- •1.1.3. Енергетичні та інсталяційні кабелі – позначення типів відповідно до стандартів cenelec
- •1.1.4. Позначення кабелів за стандартом американським awg
- •1.2.1. Основні методи постійного з’єднання провідників
- •1.2.2. Основні типи сучасних роз’ємів
- •1.3. Запобіжники
- •1.3.1. Означення параметрів
- •1.3.2. Конструктивне виконання
- •1.4. Різницево-струмові захисні вимикачі
- •1.4.1. Струми витоку
- •1.4.2. Принцип дії різницево-струмових захисних вимикачів
- •1.4.3. Схема та конструкція різницево-струмових захисних вимикачів
- •1.5. Перемикачі та реле
- •1.5.1. Перемикачі
- •1.5.2. Виконувані перемикачем функції
- •1.5.3. Реле та контактори
- •1.5.4. Захист з’єднувальних пристроїв
- •1.6. Трансформатори, мережні пристрої живлення та проти аварійні пристрої
- •1.6.1. Трансформатори
- •1.6.2. Мережні перетворювачі
- •1.6.3. Завади
- •1.7.1. Електрохімічна чарунка - основа електрохімічних пристроїв
- •1.7.2. Первинні джерела напруги (гальванічні елементи)
- •1.7.3. Акумулятори (вторинні гальванічні елементи)
- •Заряджання свинцевих акумуляторів
- •1.7.4. Інтегратори, основані на ефекті поверхневого накопичення заряду (“іонікси”)
- •1.7.5. Ртутно-капілярні кулонометри
- •1.7.6. Сонячні елементи і панелі
- •1.8. Електричні світлові пристрої
- •1.8.1. Класифікація джерел світла
- •1.8.2. Величини і технічні одиниці світла
- •1.8.3. Електричні джерела світла
- •1.9. Сенсори
- •1.10. Електричні лічильники імпульсів і лічильники часу
- •1.10.1. Електричні лічильники імпульсів
- •1.10.2. Лічильники часу
- •1.11. Сигналізації
- •1.12. Відведення тепла
- •1.12.1. Радіатори
- •1.12.2. Вентилятори
- •1.13. Електромагніти і двигуни
- •1.13.1 Електромагніти
- •1.13.2. Електричні двигуни
- •1.14. Світловоди
- •1.15. Основні відомості про корпуси для електронних пристроїв
- •1.15.1. Матеріали корпусів
- •1.15.2. Пожежостійкість корпусів
- •1.15.3. Екранувальні властивості корпусів
- •1.15.4. Відведення тепла з корпусів
- •1.15.5. Корпуси стандартного типоряду 19"
- •1.15.6. Класи щільності електричних пристроїв. Норми ір
- •П ерша цифра Друга цифра
- •2. Дискретні електронні компоненти
- •2.1. Котушки індуктивності та дроселі
- •2.1.1. Приклади застосувань котушок індуктивності
- •2.1.2. Імпеданс котушок індуктивності
- •2.1.3. Резонанс
- •2.1.4. Підрахунок параметрів котушок індуктивності без осердь
- •2.1.5. Підрахунок параметрів котушок індуктивності з осердями
- •2.1.6. Магнітне поле
- •2.1.7. Магнітна проникність
- •2.1.8. Магнітні втрати
- •2.1.9. Поверхневий ефект
- •2.1.10. Підрахунок параметрів котушки з осердям
- •2.1.11. Індукція (густина потоку) в осерді
- •2.1.12. Виділення тепла
- •2.1.13. Залежність від температури
- •2.2. Резистори
- •2.2.1. Позначення резисторів
- •2.2.2. Залежність від частоти
- •2.2.3. Залежність від температури
- •2.2.4. Технічні характеристики
- •2.2.5. Шуми
- •2.2.6. Залежність від напруги
- •2.2.7. Конструкція
- •2.2.9. Потенціометри
- •2.2.10. Основні технічні характеристики потенціометрів
- •2.3. Конденсатори
- •2.3.1. Приклади застосувань конденсаторів
- •2.3.2. Типи конденсаторів
- •2.4. Напівпровідникові дискретні компоненти
- •2.4.1. Загальні відомості про напівпровідники
- •2.4.3. Різновиди діодів
- •2.4.4. Основні області використання діодів
- •2.4.4. Тиристори
- •2.4.6. Транзистори
- •2.4.7. Двобазові діоди
- •2.4.8. Електронні лампи
- •2.4.9. Оптоелектронні елементи
- •2.4.10. Основні відомості про виготовлення друкованих плат
- •3. Підсилювачі з від’ємним зворотним зв’язком
- •3.1. Інтегральні операційні підсилювачі
- •3.1.1 Визначення
- •3.1.2 Принципові схеми інтегральних операційних підсилювачів
- •3.1.3 Еквівалента схема операційного підсилювача для низьких частот
- •3.1.4. Основні параметри операційних підсилювачів
- •3.1.5. Частотна корекція оп
- •3.2. Інвертувальний і неінвертувальний підсилювачі
- •3.2.1. Схеми інвертувального і неінвертувального підсилювачів
- •3.2.2 Похибки підсилювачів
- •3.2.3. Адитивна складова похибки
- •3.2.4 Вхідні і вихідні опори інвертувального і неінвертувального підсилювачів
- •3.2.5. Динамічні властивості інвертувального і неінвертувального підсилювачів
- •3.3. Диференційні підсилювачі
- •3.3.1. Найпростіший диференційний підсилювач
- •3.3.2. Схеми диференціальних підсилювачів з регульованим коефіцієнтом підсилення
- •3.3.3. Інструментальні диференційні підсилювачі
- •3.3.4. Похибки диференційних підсилювачів
- •3.4. Операційні перетворювачі на базі підсилювачів з від`ємним зворотним зв`язком
- •3.4.1. Підсилювачі з т-подібним ланцюгом від`ємного зворотного зв`язку
- •3.4.2. Підсилювачі змінної напруги
- •3.4.3. Підсилювачі з транзисторним вихідним каскадом
- •3.4.4. Підсилювачі струму
- •3.4.5. Підсилювач заряду
- •3.4.6. Багатовходовий суматор–сустрактор
- •3.4.7. Аналогові інтегратори
- •3.4.8. Аналогові диференціатори
- •3.4.9. Виділення модуля змінної напруги
- •3.4.10. Виділення середньоквадратичного значення напруги
- •3.4.11. Компаратори
- •3.4.12. Пристрої вибірки-зберігання
- •3.4.13. Джерела струму
- •3.4.14. Генератори сигналів синусоїдної форми
- •3.4.15. Генератори прямокутних імпульсів
- •3.4.16. Генератори трикутних імпульсів
- •4. Інтегральні ацп та цап
- •4.1. Аналого-цифрове перетворення
- •4.1.1. Похибка від зміни сигналу протягом перетворення
- •4.1.2. Основні метрологічні характеристики ацп
- •4.1.3. Класифікація аналого-цифрових перетворень
- •4.1.3.3. Ацп з квантуванням параметрів інтенсивності. В ацп даного типу перетворення може відбуватися паралельним чи послідовним способом.
- •4.2. Цифро-аналогові перетворювачі
- •4.2.1. Цап на основі резисторних матриць
- •4.2.2. Цап на основі ємнісних матриць
- •5.1.1.2. Класифікація цифрових пристроїв.
- •5.1.2. Перевід чисел з однієї системи числення в іншу
- •5.2. Принцип дії основних типів логічних елементів
- •5.2.1. Транзисторний ключ – основа схемотехніки логічних елементів
- •5.2.2. Базові елементи транзистор-транзисторної логіки
- •5.2.3. Елементи емітерно-зв`язаної логіки
- •5.2.4. Елементи інтегральної інжекційної логіки
- •5.2.5. Логічні елементи на основі комплементарних мдн-транзисторів
- •5.3. Основні поняття та закони булевої алгебри
- •5.3.1. Основні поняття булевої алгебри
- •5.3.2. Аксіоми Булевої алгебри
- •5.3.3. Основні закони бульової алгебри
- •5.3.4. Властивості логічних функцій
- •5.3.5. Форми зображення логічних функцій
- •5.3.6. Мінімізація логічних функцій
- •5.3.7. Форма зображення цифрових сигналів та способи їх передачі
- •5.4. Інтегральні цифрові мікросхеми
- •5.4.1. Вимоги до інтегральних мікросхем
- •5.4.2. Класифікація інтегральних мікросхем
- •5.4.3. Загальні параметри цифрових мікросхем
- •5.4.4. Основні характеристики мікросхем логічних елементів
- •5.4.5. Застосування логічних елементів
- •5.5. Шифратори, дешифратори та перетворювачі кодів
- •5.5.1. Шифратори
- •5.5.2. Дешифратори
- •5.5.3. Перетворювачі кодів
- •5.6. Мультиплексори та демультиплексори
- •5.6.1. Мультиплексор
- •5.6.2. Демультиплексори
- •5.6.3. Синтез комбінаційних пристроїв на основі дешифраторів та мульплексорів
- •5.6.3.1. Синтез комбінаційних пристроїв на основі дешифраторів.
- •5.7. Тригери
- •5.7.1. Структурна схема тригерів
- •5.7.2. Види тригерів
- •5.7.3. Двоступеневі тригери
- •5.8. Регістри
- •5.8.1. Регістри пам’яті
- •5.8.2. Регістри зсуву
- •5.8.3. Кільцеві лічильники
- •5.9. Лічильники
- •5.10. Арифметичні пристрої. Комбінаційні суматори. Накопичувальні суматори.
- •5.11. Цифрові компаратори
- •5.11.1. Цифрове порівняння чисел
- •5.11.2. Реалізація компараторів однорозрядних чисел
- •5.11.3. Реалізація компараторів багаторозрядних чисел
- •5.12. Арифметико-логічні пристрої
- •6. Мікропроцесори
- •6.1 Мікропроцесори. Узагальнена структурна схема мікропроцесора. Основні режими роботи.
- •6.2. Класифікація команд мікропроцесора. Види адресації. Структура і формат команд мікропроцесора
- •6.3.Структура програмного забезпечення
- •6.4. Способи проектування програмного забезпечення
- •6.5. Інтерфейси
- •6.5.1. Програмований паралельний інтерфейс
- •6.5.2. Приладний інтерфейс
- •6.5.3. Послідовний інтерфейс
- •Перелік посилань
- •Електронні пристрої випробувальних систем
2.4.9. Оптоелектронні елементи
2.4.9.1. Світлодіоди. Світлодіоди (англ. Light Emitting Diode – LED) емітують видиме випромінення (фотони) під впливом проходження через них прямого струму p-n переходу, тобто від шару p до шару n. Це випромінювання має чітко виражений частотний діапазон як результат рекомбінації носіїв зарядів в об’ємі p-n переходу. Напівпровідникові матеріали складаються переважно з елементів ІІІ і V, а також І і ІV груп. Нижче представлені матеріали, що найчастіше зустрічаються, з типовими для них кольорами випромінюваного світла (довжина хвилі):
GaAs – (арсенід галію) випромінює світло в смузі від інфрачервоного до червоного світла (650 мкм);
GaAsP – (арсенід-фосфід галію) випромінює світло в смузі від інфрачервоного до жовтого (630-590 мкм);
GaP – (фосфід галію) випромінює світло в околі 565 мкм і світиться кольором від зеленого до блакитного;
GaN – (нітрид галію) випромінює світло в околі 430 мкм і світиться блакитним кольором;
InGaN/YAG – (нітрид індію-галію) дає біле світло.
На світлодіоди LED подають пряму напругу, тому необхідно застосовувати послідовний з напругою живлення резистор для обмеження його струму. Спад напруги в прямому напрямку становить приблизно 1,4 В для діодів GaAs, 2 В - для GaAsP і 3 В - для GaP.
Виводи катоду для об’ємного монтажу в світлодіодах LED зазвичай коротші, ніж аноду, натомість в діодах для поверхневого монтажу катод є спеціально позначеним. Світлодіоди виступають як самостійні елементи, а також у виді сегментних модулів (висвітлювачів), а також як втискові клавіші з вбудованим підсвітлювачем. Двоколірні діоди отримуються шляхом паралельного з’єднання окремих двох діодів з різними кольорами. Їх можна використовувати як самостійні лампові вказівники, або як кольорові висвітлювачі (підсвітлювачі) або кнопки.
Детектори світла (фотодетектори) вимагають зовнішнього джерела живлення, хоч деякі можуть діяти і без нього. Промисловістю випускаються фоторезистори, фотодіоди, фототранзистори, в яких без освітлення відповідно опір, опір в зворотному напрямку, або вихідний опір є дуже великим. Цей опір зменшується до декількох часток – декількох десятків Ом під час освітлення цих елементів.
2.4.9.2. Фотодіод. Фотодіод є в принципі споляризованим діодом в зворотному напрямку. При освітленні p-n переходу зростає струм витоку. В той самий спосіб поводиться діод Шотткі, тобто з’єднання на стику металу і напівпровідника.
2.4.9.3. Фоторезистор. Фоторезистор змінює свій опір у функції сили світла. Найвищу чутливість має при певній визначеній довжині світлової хвилі, значення якої залежить від вибраного напівпровідникового матеріалу і концентрації внесених домішок. Він має широке пасмо і велику чутливість. Вадою є великий час реакції.
2.4.9.4. Фотодіод PIN. Фотодіод PIN споляризований є в зворотному напрямку. Він має широку частотну смугу і низький рівень шумів, є дуже швидкодійним.
2.4.9.5. Фототранзистор. Фототранзистор функціонує подібно до звичайного транзистора, з тією різницею, що надмірні заряди в його базі виробляються в результаті насвітлення видимим випромінюванням, замість зовнішнього кола живлення бази. Він є дещо повільнішим від фотодіода.
2.4.9.6. Лавинний фотодіод. Лавинний фотодіод є швидшим від фототранзистора і має вищий коефіцієнт підсилення.
2.4.9.7. Трансоптори. Трансоптори складаються із передавача і детектора світла. З їх допомогою можна передавати сигнали між гальванічно відділеними колами. Передавачі трансоптора є, зазвичай, світлодіодами, але приймачем може бути фоторезистор, фотодіод, фототранзистор або фототріак. Трансоптори у багатьох випадках замінюють імпульсні трансформатори, наприклад, в підсилювачах з перетворенням частоти. Вони легко надаються до автоматичного монтажу і, на відміну від трансформаторів, не мають нижньої граничної частоти. Існують також лінійні трансоптори, призначені для передавання аналогових сигналів.
2.4.9.8. Лазери. Лазери (англ. Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) виготовляються у вигляді:
рубінових лазерів з оптичним нагнітанням;
розрядний газовий лазер з оптичним нагнітанням HeNe;
лазер, з нагнітанням струмом, тобто напівпровідниковий лазер.
Лазер є джерелом когерентного монохроматичного випромінювання, емітованого в результаті променевої рекомбінації, вимушеної зовнішніми чинниками. Напівпровідниковий лазер є p-n переходом, в якому джерелом випромінювання є рекомбінуючі дірки та електрони, подібно до процесів, що протікають електролюмінесцентному діоді. Різниця полягає лише в тому, що діод не використовує підсилення, що полягає в стимуляції емісії, які має лазер. В кінцевому результаті випромінене світло є набагато сильнішим і щільнішим. Зазвичай для виготовлення напівпровідникових лазерів застосовується сильно легований арсенід галію GaAs. Р-n перехід лазера є плоским в поперечному перерізі, в якому кінцеві поверхні виконують роль люстерок.
2.4.9.9. Висвітлювачі. Для конструювання висвітлювачів можуть використовуватись кінескопи, як в телеприймачах і моніторах, елементи рідкокристалічні (англ. Liquid Crystal Display - LCD), електролюмінесцентні панелі (EL), а також у випадку простіших висвітлювачів, діодні матриці LED.
Рідкокристалічні висвітлювачі LCD споживають дуже мало струму, тому є особливо придатні для пристроїв з що батарейним живленням. Між двома скляними пластинами з витравленими електродами знаходиться шар рідини. Прикладення електричного поля спричиняє зміну орієнтування кристалів у рідині, а тому й зміну кута заломлення падаючого світла. Властивості окремих типів висвітлювачів LCD значно відрізняються. Перший тип LCD, Твіст Нематік (англ. Twist Nematic), мав дуже слабкий контраст, а також дуже обмежене значення кута доброго бачення. Це було недоліком, особливо у випадку великих висвітлювачів. Так званий Супертвіст Нематік (англ. Super-twist nematic) STN LCD, мав значно кращий контраст, а кут огляду становив ±45°. Рідкокристалічні висвітлювачі не виробляють жодного світла, але часто мають підсвітлювачі з відповідним забарвленням. Підсвітлення може здійснюватись світлодіодами, лампами з холодним катодом або електролюмінесцентних панелей EL. Висвітлювачі рефлекторного типу самостійно відбивають зовнішнє світло, натомість трансрефлекторного типу відбивають світло від основі, що пропускається через висвітлювач.
Рідкокристалічні висвітлювачі типу (англ. Colour Super Twist Nematic cSTN) є пасивними кольоровими висвітлювачами, з низьким споживанням потужності, що надаються для роботи в пристроях з живленням від батареї, особливо, якщо вони рефлекторного типу або трансрефлекторного без підсвічування.
Рідкокристалічні екрани типу (англ. Thin Film Transistor) TFT характеризуються добрим контрастом 40:1 і високою швидкодією і надаються до висвітлення рухомих зображень. Збільшення контрасту досягнуто так, що кожна точка зображення (піксель) має свій власний транзистор, виконаний на склі в аморфному кремнії. Транзистор завдяки своєму підсиленню забезпечує сильніше керування рідким кристалом. Здатність пропускання світла тут, однак, приблизно 3 %, що часто вимагає енергоємного підсвічування. Кольорові висвітлювачі TFT використовують ту саму техніку відтворення барв як в катодних кінескопах.
Рідкокристалічні екрани типу (англ. Low Temperature Poly Silicon Thin Film Transistor LTPS-TFT) опираються на подібний до звичайних висвітлювачів TFT принцип дії, але завдяки застосуванню на скляній основі кристалічного кремнію отримується вищий ступінь інтеграції, тому на них можна розмістити складніші керуючі уклади, що дозволяють знизити споживання енергії при застосуваннях в батарейних пристроях.
Висвітлювачі електролюмінесцентні панелі EL мають добру світловіддачу приблизно 100 кд/м2 і, відповідно, високий контраст приблизно 20:1. Основне забарвлення жовте. Напруга живлення зі значенням щонайменше 80 В і частотою 60 Гц під’єднуються до цинково-фосфорного шару. Змінне електричне поле викликає переміщення електронів в атомах фосфору, виробляючи світло.
Плазмові висвітлювачі (на основі іонізації газу) мають добрий контраст до 150:1, але вимагають для живлення відносно високої напруги. Плазмові екрани призначені для телебачення мають високу світловіддачу порядку 400 кд/м2. Окремі частини плазмового висвітлювача діють так, що іонізований газ виробляє ультрафіолетове випромінювання, яке спричиняє свічення плямки люмінофору, подібно як у типовій кінескопній телевізійній лампі.
Флуоризаційні порожнинні висвітлювачі відрізняються високою світловіддачу, вищу, ніж висвітлювачі EL приблизно в 45 разів. Переважно мають зелений колір, бувають також білі, помаранчеві або блакитні.
Кінескопні лампи надалі є типом висвітлювача з найвищою світловіддачею, до 700 кд/м2 і високим контрастом. Пристрій керування кінескоповими лампами є складним: відеопідсилювач з регулюванням яскравості, складна система відхилення, корекція збіжності для кольорових кінескопів, а також загалом блоки, що запобігають знеформленням та уможливлюють отримання якомога більш плоского і з прямими кутами образу.
Модульні висвітлювачі це підгрупи, що складаються з висвітлювача типу LED, LCD, TFT, VF або EL, що має пристрій керування, який перемикає сегменти, або такий, що має детектор і мікропроцесор, який дає можливість безпосередньо керувати кодом ASC II або відео сигналом.
Швидкодія, тобто час перемикання елементу зі стану «білого» на «чорний» або навпаки, може значно відрізнятись для окремих видів вказівників. Діодний висвітлювач може перемикатись протягом 10 нс, кінескопна лампа - 0,1 мс, плазмовий висвітлювач за час порядку 1 мс, висвітлювач EL – за час від 0,1 мс до 1 с, а LCD/TFT – за час від 10 мс до 1 с. Час спрацювання рідких кристалів сильно видовжується зі спадом температури, а часто за температур нижчих від -20 °С висвітлювач LCD зовсім перестає працювати.