KOMPONENTY ELEKTRONICZNE (CZYNNE I BIERNE)             

Spis treści

1. Elementy bierne układów elektronicznych (elementy RLC)

  1.1. rezystor

  1.2. potencjometr

  1.3. kondensator

  1.4. cewka indukcyjna

2. Elementy półprzewodnikowe

  2.1. Diody

      2.1.1 Schottky’ego

      2.1.2. Zenera

      2.1.3. LED

  2.2 Elementy półprzewodnikowe bezzłączowe

      2.2.1. Termistory

      2.2.2. Halotrony

              2.2.3. Warystory

        2.3. Tranzystory

             2.3.1. Bipolarne

             2.3.2. Unipolarne

        2.4. Tyrystory i triaki

3. Schematy elementów elektronicznych

1. Elementy RLC

Elementy bierne takie jak: R - rezystory, C - kondensatory i L - cewki indukcyjne to najczęściej spotykane elementy w elektronice, a w szczególności elektronice analogowej.

Elementy te posiadają ciekawe i bardzo przydatne charakterystyki prądu I w funkcji napięcia U czy też napięcia w funkcji prądu. Dla rezystora prąd I jest wprost proporcjonalne do napięcia U, dla kondensatora prąd I jest proporcjonalny do szybkości zmian napięcia, natomiast dla cewki indukcyjnej napięcie U jest proporcjonalne do szybkości zmian prądu.
      Z tych krótkich opisów można wywnioskować, że kondensatory i cewki indukcyjne są właściwie bezużyteczne w obwodach prądu stałego, gdzie nie ma mowy o żadnych zmianach prądu czy napięcia.

1.1. Rezystory

f)g) h)

Zdjęcia rezystorów; a) metalizowany, b,g) drutowy, c) węglowy, d) drabinka rezystorowa,       e) grubowarstwowy, f,h) do montażu powierzchniowego (SMD)

sposób przedstawiania na schematach

Rezystory to elementy dwukońcówkowe o właściwości dającej się opisać równaniem R=U/I (znane prawo Ohma). Jeżeli U wyrazi się w woltach V, a I w amperach a to R będzie wyrażone w omach W.

Patrząc na równanie opisujące rezystor można powiedzieć, że przy ustalonym napięciu, zmieniając wartość rezystora zmieniamy wartość prądu płynącego przez ten rezystor i odwrotnie, jeżeli przez rezystor płynie stały prąd (np. ze źródła prądowego) to zmieniając wartość rezystora zmieniamy napięcie na rezystorze. Można więc powiedzieć, że rezystor to element, który służy do przetwarzania napięcia w prąd i odwrotnie.
      Najistotniejszymi parametrami rezystorów są:
- rezystancja znamionowa - podawana zwykle w W, kW lub MW,
- tolerancja rezystancji (dokładność) - podawana w procentach,
- moc znamionowa - moc, którą może rezystor rozproszyć,
- współczynnik temperaturowy rezystancji TWR,
- napięcie znamionowe.
      Zastosowań rezystorów jest bardzo dużo. Stosuje się je we wzmacniaczach jako elementy sprzężenia zwrotnego, z tranzystorami do ustalania ich punktu pracy, w połączeniu z kondensatorami pracują w układach filtrów, ustalają wartości napięć i prądów w wybranych punktach układu.
      Rezystory produkowane są z różnych materiałów, ale najbardziej popularne są rezystory węglowe, które jednak ze względu na zbyt małą stabilność nie nadają się do zastosowania w układach, które muszą odznaczać się wysoką stabilnością i precyzją. Do takich celów lepiej nadają się rezystory metalizowane.

Na schematach ideowych układów elektronicznych stosuje się różne sposoby zapisu wartości rezystancji i tak np.:
- jeden W można zapisać jako 1W, 1R, 1E lub 1,
- tysiąc W można zapisać jako 1kW lub 1k,
- tysiąc dwieście W można zapisać jako 1,2kW, 1,2k lub 1k2.

Szeregowe i równoległe łączenie rezystorów.

Z prawa Ohma, które można zapisać R=U/I, wynikają następujące właściwości rezystorów:

- rezystancja zastępcza dwóch rezystorów połączonych szereg wynosi:

R=R1+R2

czyli przez szeregowe połączenie rezystorów zawsze otrzymuje się większą rezystancję

Układ taki charakteryzuje się tym, ze natężenie prądu płynącego przez obwód jest jednakowy dla wszystkich rezystorów (odwrotnie będzie w łączeniu równoległym )
- Napięcie całkowite jest suma napiec na poszczególnych rezystorach. ( Układ szeregowy rezystorów nazywamy tez dzielnikiem napięcia ponieważ napięcie całkowite przyłożone do obwodu dzieli się na poszczególne oporniki i jest zależne od ich rezystancji)
- Dowolna ilość szeregowo połączonych rezystorów można zastąpić jednym. Obliczamy go sumując rezystancje poszczególnych rezystorów.

Przykładowo: mam trzy rezystory połączone szeregowo: pierwszy ma 2W (czytaj "om"), drugi 3W i trzeci, który ma 4W. Tak wiec te trzy rezystory możemy zastąpić jednym o rezystancji Rz = 2 + 3 + 4 = 9W.

Fakt, ze w szeregowym połączeniu rezystorów napięcie całkowite rozkłada się na poszczególne rezystory (dzieli się) wykorzystano w dzielnikach napiec. Są to układy służące do regulacji czyli zmiany napięcia. Dzielniki napiec tworzy się:
a) z użyciem rezystorów stałych
b) z użyciem potencjometrów

rezystancja zastępcza dwóch rezystorów połączonych równolegle wynosi:                           

czyli przez równoległe łączenie rezystorów zawsze otrzymuje się mniejszą rezystancję.

- Łączenie takie charakteryzuje się tym, ze prąd (inaczej natężenie) dopływający do połączenia jest suma prądów poszczególnych rezystorów.
- Napięcia na elementach połączonych równolegle są jednakowe.
- Dowolna ilość równolegle połączonych rezystorów można zastąpić jednym.

Z praktycznego punktu widzenia warto zauważyć, że wypadkowa rezystancja dwóch rezystorów różniących się znacznie od siebie jest w przybliżeniu równa, dla połączenia szeregowego tych rezystorów, rezystancji o większej wartości, a dla połączenia równoległego tych rezystorów, rezystancji o mniejszej wartości. Warto również zauważyć, że rezystancja wypadkowa n rezystorów o takiej samej rezystancji R1, połączonych równolegle wynosi           

R=R1/n.

Opornik, który ma rezystancje niezależną od prądu, napięcia i czynników zewnętrznych takich jak np. temperatura i światło, nazywany jest rezystorem liniowym, lub po prostu rezystorem. Jeśli rezystor zmienia swoja rezystancje w zależności od prądu, napięcia, lub jakiegoś czynnika zewnętrznego, to wówczas nazywamy go rezystorem nieliniowym, albo używamy nazwę wskazującą od czego zależna jest rezystancja.

Oznaczanie rezystorów

Małe rezystory maja najczęściej oznaczenia rezystancji, tolerancji i czasami współczynnika temperaturowego wykonane przy pomocy 4 do 6 znaków barwnych.

Czasami spotykamy tylko trzy paski barwne. Oznacza to, ze tolerancja wynosi +/- 20 %, Inne warianty kodów barwnych występują bardzo rzadko, np. w niektórych rezystorach spełniających parametry wojskowe MIL, w których obwódka kolorowa wskazuje na poziom niezawodności (failure rate). Dawniej stosowano ostatni pasek w kolorze różowym do rezystorów o wysokiej stabilności.

Pamiętajmy o tym, ze cewki, kondensatory, termistory i bezpieczniki mogą mieć podobny wygląd zewnętrzny, i mogą być oznaczone kolorami w taki sam sposób.

Większe rezystory oznacza się często symbolami literowymi. Wówczas piszemy R, lub E (dla W), k (dla kW) i M (dla MW) w miejscu przecinka.

0R1 =0,1W

0E1 = 0,1W

4k7 = 4,7 kW

22M = 22 MW

Czasami stosuje się kody 3- lub 4-cyfrowe, w których dwa lub trzy pierwsze znaki są cyframi o najwyższym znaczeniu, a ostatnia cyfra oznacza liczbę zer.

We wszystkich rezystorach powstają szumy. Z jednej strony jest to tzw. szum termiczny, który powstaje w każdym elemencie przewodzącym prąd i który wynika z faktu, ze nie wszystkie elektrony płyną w kierunku przepływu prądu, a z drugiej strony - szum prądowy, którego wartość zależy od typu rezystora.

Odczytywanie oporności rezystorów

Tolerancja rezystancji jest to maksymalna odchyłka od rezystancji nominalnej wyrażona w procentach. Rezystancje mierzy się standardowo, biorąc pod uwagę typ urządzenia pomiarowego, napięcie, temperaturę, długość wyprowadzeń itd. W rezystorach standardowych, tolerancja wynosi +/- (1-10) %, ale istnieją również wykonania specjalne, dla których tolerancja jest bardzo niska i wynosi +/- 0,005 %.

Przykłady rozkodowania rezystorów

Dla przykładów z rysunków przedstawionych powyżej, wartości rezystancji będą wynosiły:
- dla kodu 4 paskowego: 12R, 10%
- dla kodu 6 paskowego: 120k, 1%, 250ppm

Dzielnik napięcia jest układem, który jak sama nazwa już sugeruje dzieli napięcie doprowadzone do jego wejścia, czyli jest to układ, którego napięcie wyjściowe jest częścią napięcia wejściowego.

Przykład dzielnika j...