Požadavky ke zkoušce a cvičení Test + otázka Referát + 1 příklad a 1 prezentované komentované zapojení Elektronika Generování, úprava, vyhodnocení, zpracování elektického signálu Co je elektronický obvod Spojení součástek tak, aby jimi procházel el.proud El.proud – definice –jev i veličina Vodiče, polovodiče, nevodiče Kovy – vodiče –šíření kolizí rychlostí 3 108m/s Rychlosti samotných elektronů cca několik mm/s Elektrický proud je spojitý, náboj se nehromadí ani nezaniká Žádný náboj není během transportu ztracen, proud pouze protéká z jednoho konce na druhý je-li obvod uzavřen. Elektrický proud – jako veličina – míra proudu I= náboj tekoucí průřezem za jednotku času Jednotka – Amper – malá velká? Směr proudu v obvodu Zařízení Svářečky 1-10kA Topná tělesa i více Motory el. 1-1000A Telefony mikroampery Časový průběh proudu – DC, AC nf, vf Účinek elektrického proudu procházejícího tělem je okamžitý a dobře známý. Pomineme-li popálení a elektrolytický rozklad tělních tekutin při extrémně vysokých hustotách proudu (těch je možné dosáhnout galvanickým kontaktem se zdrojem s vysokým napětím a s malým vnitřním odporem), kdy je působení proudu v těle nevratné a může způsobit smrt, spočívá riziko vyvolané průchodem elektrického proudu tkání těla v dráždění nervové soustavy. Proudová hustota (A/m2) Projevy < 0,001 nebyly zjištěny žádné projevy 0,001 - 0,01 nepatrné biologické projevy 0,01 - 0,1 dobře zjištěné jevy, vizuální efekty), možnost ovlivnění CNS, publikovány zprávy o snazším hojení zlomenin 0,1 - 1 zjištěny změny v dráždivosti nervového systému; ovlivnění prahu stimulace, možná zdravotní rizika > 1 možné extrasystoly a ventrikulární fibrilace; nesporná zdravotní rizika V tabulce jsou uvedeny projevy působení elektrického proudu procházejícího tkání těla při různých hustotách tohoto proudu. Tabulka platí pro stejnosměrný proud a pro nízkofrekvenční střídavý proud do frekvence 1000 Hz Proudová hustota El. proud měnící s frekvencí vyšší než 10 MHz, což je například frekvence, na které vysílá rozhlas VKV/FM, televize nebo mobilní telefony, není již schopen účinně dráždit nervovou soustavu. Jeho jediným projevem, který ovšem může při velké intenzitě pole poškodit zdraví nebo způsobit úraz, je ohřívání tkáně těla.) Z tabulky nf proudu je patrné, že nepatrné subjektivně zjistitelné projevy se začínají objevovat teprve počínaje proudovou hustotou 0.01 A/m2, kdy vyvolávají slabé brnění. Při vyšších proudových hustotách jsou projevy zřetelnější, nepochybné riziko pro zdraví spočívající především v navození patologického srdečního rytmu a v narušení funkce mozku nastává při proudových hustotách vyšších než jeden ampér na čtverečný metr. S magnetickým polem, které je schopno vyvolat v těle člověka proudy s hustotou vyšší než 0,01 A/m2, je možné se setkat jen ojediněle - například v místech blízkých vodičům, kterými protéká velmi silný elektrický proud s frekvencí energetické sítě (50 Hz). Časové změny zemského magnetického pole oznamované ve sdělovacích prostředcích větami "geomagnetické pole neustálené, pulsační aktivita střední ..." vyvolají v těle člověka proudy s hustotou nejméně stotisíckrát menší, než je hustota 0,001 A/m2, uvedená v prvním řádku tabulky pro proudy bez biologických projevů. Představa, že by takové proudy mohly vyvolat v těle nějaký biologický efekt, je absurdní. Napětí K tomu, aby se začaly náboje usměrněně pohybovat je potřeba „hnací podnět“. Napětí, potenciál - definice Potenciál el.pole se měří prací, kterou vykonává pole při přemisťování kladného jednotkového náboje z daného bodu do nekonečna (příp. do jiného bodu v němž je potenciál nulový). K udržení stálého rozdílu potenciálu, a tedy i proudu, je třeba existence zvláštních ne-elektrických sil, které nepřetržitě zajišťují oddělování elektrických nábojů - tzv.zdrojů elektřiny Původ těchto sil je různý. Zdroje elektřiny Zdroje dodávají do elektrického obvodu výkon. Zdrojem stejnosměrného napětí je nejčastěji baterie (akumulátor), zde vzniká napětí a proud díky chemickým reakcím. Zdrojem střídavého napětí jsou obvykle generátory v elektrárnách. Přenos elektřiny na velké vzdálenosti – co možná nejvyšší napětí. Tím je zmenšen proud a zmenšují se ztráty na vedení. Výhodou AC napětí na rozdíl od DC je, že jej lze snadno transformovat. Napětí vyrobené v elektrárně má na výstupu z generátoru velikost několika kilovoltů. Transformuje se nahoru na VVN -110, 220, 400 nebo i 750 kV a vede se na velké vzdálenosti. V transformačních stanicích se transformuje na VN 22 kV, které se vede na střední vzdálenosti. Dále se transformuje na nízké napětí 230 V - domácnosti Obvodové veličiny Napětí U /Volt/ ( definice a význam veličiny; dvě formy pojmu spojení: napětí zdroje, úbytek napětí ) Proud I /A – definice jednotky/ ( definice a význam veličiny; konvenční směr proudu, volné nosiče – vodiče x nevodiče ) Každý proud vyvíjí teplo. Každý proud je obklopen magnetickým polem. Každý iontový proud přenáší hmotu. Základní obvodové veličiny Napětí elektrické napětí v elektrickém poli existuje mezi dvěma body rozdíl napětí, který je roven rozdílu potenciálů. Jednotkou e. n. je volt (V). Používá se různé dělení e. n. Tak se mluví o nízkém napětí (do 40 V), středním napětí (do 1 kV) a vysokém napětí (nad 1 kV). Jiné rozdělení spočívá v časovém průběhu; existuje např. a) stejnosměrné napětí, jehož hodnota a polarita zůstávají stejné; b) střídavé napětí, jehož hodnota a polarita se periodic. mění; Aby se mohly nosiče náboje pohybovat vodičem apod. potřebují nějaký hnací mechanismus,tím je rozdíl potenciálů, aby trvale někde byl rozdíl potenciálů, musíme připojit el.zdroj EMF EMF – elektromotorické napětí může vznikat různě, např. chemicky –baterie, akumulátory, pomocí indukce v magnetickém poli –generátory, fotoelektricky, termoelektricky, piezoelektricky aj. Představy o velikosti: termočlánek mV,Westonuv kalibrační standard cca 1V,baterie, domácí zásuvka,vedení VN, VVN Měření napětí Voltmetrem – paralelně k měřenému objektu Proud elektrický proud pohyb nosičů náboje ve směru, který je vynucen elektrickým napětím proti elektrickému odporu. V kovech a vodičích se pohybují elektrony, v elektrolytech ionty, v plynech, plazmě a vakuu jak elektrony, tak i ionty. Pohyb kladného náboje udává směr proudu, který proto byl zvolen proti toku elektronů. Jednotkou e. p. je intenzita proudu I, s jednotkou ampér (A). E. p. protéká pouze v jednom el. okruhu, od zdroje proudu ke „spotřebiči“ a zpět. Představy o velikosti: telefon mikro A, lampy do 1A, motory do 1000A, svářečky 1 až 1OOOOA, pojistky, jističe Každý proud vyvíjí teplo. Každý proud je obklopen magnetickým polem Každý iontový proud přenáší hmotu. Rezistance – el.odpor R nMateriálově závislá veličina – tabulky n nTeplotně závislá veličina n nRezistor – součástka s daným R n elektrický odpor odpor, který brání průchodu elektrického proudu ve vodiči, na nějž je přivedeno elektr. napětí. Pro nevodiče a polovodiče jde o charakteristiku, jež se mění bod od bodu VAch. Rozlišuje se: a) odpor pro stejnosměrný proud R, který se vypočítá z průřezu vodiče A, jeho délky l a konstanty materiálu vodiče, rezistivity ρ (ró) podle vzorce: R = ρ . l/A. Jednotkou je ohm Ω (Pro kovy platí Ohmův zákon). Rezistivita ρ se udává v Ω. mm^2/m nebo v Ω.cm Reciproční hodnota se označuje jako elektr. vodivost G = 1/R, měřená v siemensech (S) ρ je teplotně závislá (odpor kovů s teplotou stoupá, u polovodičů naopak klesá). Vlivy teploty se vyjadřují teplotním koeficientem α odporu: relativními změnami odporu na °C. Přitom může být pozitivní nebo negativní (např. u uhlí); vhodnými slitinami různých kovů = konstantan se dá docílit velmi malých hodnot, např. u materiálů pro přesné odpory. U čistých polovodičů sleduje pokles (úbytek) odporu se stoupající teplotou přibližně exponenciální křivku; b) odpor pro střídavý proud, kde se uplatňuje mimo ohmického odporu nebo aktivního odporu také ještě vlivem kapacity (C) a indukčnosti (L) tzv. jalový odpor X, závislý na frekvenci. Kapacitní odpor je Xc = 1/2 π f.C, induktivní odpor je XL = 2 π f.L (f = kmitočet, frekvence) střídavého proudu. Jalový a aktivní odpor se vektorově sčítají na zdánlivý odpor Z (impedanci). Odpor střídavého proudu (impedance) způsobuje fázový posun proudu oproti napětí. Dvojpóly Dvojpóly jsou prvky elektrického obvodu, které jsou do obvodu zapojeny dvěma svorkami „póly“. Příklady: rezistor, dioda, voltmetr, zdroj, kondenzátor. Charakteristiky jsou závislosti mezi vstupními a výstupními veličinami. Pokud sledujeme závislosti mezi jejich ustálenými hodnotami, mluvíme o statických charakteristikách Pokud sledujeme časovou závislost výstupní veličiny, mluvíme o dynamických charakteristikách. Z praktického hlediska jsou ze statických charakteristik nejdůležitější tzv. voltampérové charakteristiky, udávající závislost mezi proudem a napětím dvojpólu. Parametry dvojpólů Odpor: R = U / I vhodné u lineárních prvků s charakteristikou procházející počátkem Vnitřní odpor Ri = DU / DI vhodné u lineárních prvků s charakteristikou neprocházející počátkem Dynamický odpor: RD = dU / dI vhodné u nelineárních prvků Zdroj napětí jako dojpól -zatěžovací charakteristika Rovnice zatěžovací charakteristiky U = E - Ri I Ri = DU / DI Zdroj napětí v měřicím obvodu Čtyřpóly Čtyřpóly jsou prvky elektrického obvodu, které jsou do obvodu zapojeny čtyřmi svorkami „póly“. Příklady: zesilovač, filtr, integrátor. Měřící přístroje