dr Stanisław Lewicki Wydział Fizyki UAM

1. "Podstawy Elektroniki" dr Stanisław Lewicki Wydział Fizyki UAM

2. LITERATURA Elektronika w laboratorium naukowym T. Stacewicz, A. Kotlicki, PWN, 1994 r. Elektronika bez wielkich problemów Otto Limann, Horst Pelka, WKŁ, 1991 r. Elementy i uklady elektroniczne w pytaniach i odpowiedziach M. Rusek, J. Pasierbinski WNT, 1997r. Układy i elementy elektroniczne St. Kuta;Podstawy elektroniki B. Pióro, M. Pióro , W.Sz.i P., 1996 r. Układy półprzewodnikowe U. Tietze, Ch. Schenk , WNT, 1996 r. Sztuka elektroniki P. Horowitz, W. Hill , WKŁ, 1992 r.

3. WSTĘP

4. HISTORIA ELEKTROTECHNIKI

5. HISTORIA ELEKTROTECHNIKI

6. Przedrostki układu SI

7. ETAPY ROZWOJU ELEKTRONIKI I. LAMPA ELEKTRONOWA. Powstały urządzenia: radiowe (nadawcze i odbiorcze),elektroakustyczne, radiolokacyjne; rozwinięto miernictwo elektroniczne. 1904 r.– pierwsza lampa elektronowa – dioda (dwuelektrodowa z żarzoną katodą) J.A. Fleming (fizyk angielski). 1906 r.– lampa elektronowa z siatką sterującą (trioda) Lee de Forest (inżynier amerykański). 1918 r.– opracowanie zasad odbioru heterodynowego E.H. Armstrong. 1942 r.– projekt pierwszej elektronicznej maszyny cyfrowej J.W. Mauchly i I.P.Eckert.

8. ETAPY ROZWOJU ELEKTRONIKI Szkic konstrukcji diody próżniowej. AZ 4

9. ETAPY ROZWOJU ELEKTRONIKI EL84 Trioda Lee DeForesta z 1906 r.

10. ETAPY ROZWOJU ELEKTRONIKI II. TRANZYSTOR • Odkrycie półprzewodników oraz wdrożenie produkcji elementów półprzewodnikowych spowodowało gwałtowny rozwój elektroniki. • Automatyzacja produkcji spowodowała poprawę jakości oraz zwiększenie asortymentu wyrobów. 1947 r.– tranzystor bipolarny (Barden, Brattain i Shockley). 1952 r.– tranzystor polowy (unipolarny), 1958 r.– tyrystor.

11. Etap II. TRANZYSTORY 23 XII 1947

12. Etap II. TRANZYSTORY

13. ETAPY ROZWOJU ELEKTRONIKI Miniaturyzacja elementów oraz ich zespolenie (integracja) w nierozbieralne urządzenia tzw. układy scalone to początek nowej technologii MIKROELEKTRONIKI. Zaletami tej technologii są: niezawodność i taniość wyrobów. III. UKŁAD SCALONY

14. Etap III . UKŁADY SCALONE 1958 r.– bipolarny układ scalony (KILBY). W Polsce pierwszy układ scalony wyprodukowano w 1961 r. 1962 r.– laser półprzewodnikowy, 1968 r.– polowy (unipolarny układ scalony),

15. Etap III . UKŁADY SCALONE Ze względu na stopień scalenia występuje, w zasadzie historyczny, podział na układy: * małej skali integracji (SSI - small scale of integration) * średniej skali integracji (MSI - medium scale of integration) * dużej skali integracji (LSI - large scale of integration) * wielkiej skali integracji (VLSI - very large scale of integration) * ultrawielkiej skali integracji (ULSI - ultra large scale of integration)

16. Etap III . UKŁADY SCALONE

17. Etap III . UKŁADY SCALONE

18. UKŁADY SCALONE 1961 RTL

19. UKŁADY SCALONE 1972 Intel 8008 14 mm2 3500 tranzystorów

20. UKŁADY SCALONE Pentium 4 2.4 GHz 55 mln tranzystorów

21. W  układach elektronicznych obserwuje się i analizujedwiewielkości: napięcie (U) oraz natężenie prądu elektrycznego ( I ). PODSTAWOWE PRAWA

22. I Podstawowe prawa PRĄD ELEKTRYCZNY = UPORZĄDKOWANY RUCH ŁADUNKÓW ELEKTRYCZNYCH.

23. ŁADUNEK ELEKTRYCZNY (Q) Jednostka ładunku jest Kulomb [C ]. e jest ładunkiem elementarnym = ładunkowi elektronu.

24. NATĘŻENIE PRĄDU (I) Natężeniem prądu elektrycznegolub krócej prądem elektrycznym nazywamy granicę stosunku wielkości ładunku elektrycznego qprzenoszonego przez przekrój poprzeczny przewodnika do czasu t, gdy czas ten dąży do zera, tzn. Prąd elektryczny jest wielkością skalarną. Jednostką natężenia prądu elektrycznego jest amper (1 A).

25. NATĘŻENIE PRĄDU (I)

26. POTENCJAŁ (V) Przy przesunięciu ładunku w polu elektrycznym wykonywana jest praca. Pracę wykonaną podczas przemieszczenia ładunku jednostkowego (przypadającą na jednostkę ładunku) z danego punktu do  nazywamy POTENCJAŁEM. Potencjał punktu określany jest w woltach [V ].

27. NAPIĘCIE (U) NAPIĘCIE - Różnica potencjałów. Jednostką napięcia jest wolt [V]. Pomiędzy punktami panuje napięcie 1V, gdy praca wykonana przy przesunięciu ładunku 1C wynosi 1 J. Napięcie oznaczane jest zwykle literąU. Napięcie między punktami A i B jest oznaczane jako UAB. Uzgodniono, że napięcie UAB jest dodatnie, gdy punkt Ama potencjał wyższy od punktu B.

28. PRAWO OHMA W danym przewodniku, natężenie prądu jest proporcjonalne do napięcia na jego końcach. PRAWO OHMA

29. ~ PRAWO OHMA gdzie:

30. PRAWO OHMA

31. PRAWO OHMA natężenie prądu I w przewodniku jest wprost proporcjonalne do napięcia U na jego końcach i odwrotnie proporcjonalne do jego oporności R.

32. PRAWO OHMA płynący w przewodniku (oporniku) prąd wywołuje spadek napięcia proporcjonalny do oporności przewodnika

33. PRAWO OHMA stosunek napięcia na końcach przewodnika do natężenia płynącego w nim prądu jest stały

34. PRAWO OHMA Oporność przewodnika zależy od rodzaju materiału ( ); jest wprost proporcjonalna do jego długości (l ) i odwrotnie proporcjonalna do pola przekroju poprzecznego (S ).

35. PRAWO OHMA Temperaturową zmianę oporności opisuje wzór: gdzie: RT - rezystancja w temperaturze T; RTo - rezystancja w temperaturze T0 = 293 K (20 °C);  - współczynnik temperaturowy (jednostka 1/K).

36. OPORNOŚĆ

37. OPORNOŚĆ

38. OPORNOŚĆ

39. OPORNOŚĆ

40. PARAMETRY REZYSTORÓW Rezystancja nominalna Tolerancja (klasa dokładności) Moc znamionowa Napięcie graniczne Temperaturowy współczynnik rezystancji Współczynnik szumów

41. R1 I1 . R3 I3 R2 I2 A PRAWA KIRCHHOFFA Pierwsze prawo Kirchhoffa: Suma prądów w węźle jest równa zero. Suma prądów wpływających do węzła jest równa sumie prądów z niego wypływających. Węzłem jest punkt A. Prądywpływające do węzła mająznak dodatni, a wypływające znak ujemny.

42. PRAWA KIRCHHOFFA Drugie prawo Kirchhoffa: W obwodzie zamkniętym (oczku) suma napięćjest równa zeru.

43. POMIAR AMPEROMIERZ VOLTOMIERZ

44. OPORNOŚĆ ZASTĘPCZA POŁĄCZENIE SZEREGOWE: R1 R2 R3

45. R1 . . R2 R3 OPORNOŚĆ ZASTĘPCZA POŁĄCZENIE RÓWNOLEGŁE: I=I1+I2+I3 I=U/R I=U/R1+U/R2+U/R3 I/U=1/ R1 +1/ R2 +1/ R3 I/U=1/R 1/R =1/ R1 +1/ R2 +1/ R3

46. PRAWO OHMA DLA OBWODU

47. PRACA PRĄDU. ENERGIA. Jednostką pracy prądu elektrycznego (energii elektrycznej) jest watosekunda:

48. MOC Moc urządzenia to jego zdolność do wykonania pracy, tzn. stosunek ilości pracy do czasu w jakim została ona wykonana. Jednostką mocy prądu elektrycznego jest wat.

49. MOC Podczas przepływu prądu przez opór na nim wydziela się ciepło. Moc stratna ciepło można wyznaczyć ze wzorów:

50. POJEMNOŚĆ ELEKTRYCZNA Kondensator - element elektryczny (elektroniczny) zbudowany z dwóch przewodników (okładzin) rozdzielonych dielektrykiem. Kondensator a) symbol graficzny b) charakterystyka Równanie opisujące zależność pomiędzy napięciem i prądem: