online kép - Fájl  tube fájl feltöltés file feltöltés - adja hozzá a fájlokat online fedezze fel a legújabb online dokumentumok Kapcsolat
   
 

Letöltheto dokumentumok, programok, törvények, tervezetek, javaslatok, egyéb hasznos információk, receptek - Fájl kiterjesztések - fajltube.com

 

Online dokumentumok - kep
   
kategória
 

Biológia állatok Fizikai Földrajz Kémia Matematika Növénytan Számítógépes
Filozófia
Gazdaság
Gyógyszer
Irodalom
Menedzsment
Receptek
Vegyes

 
 
 
 













































 
 

EGYENÁRAMÚ (DC) ÁRAMKÖRÖK

fizikai

Fájl küldése e-mail Esszé Projekt


egyéb tételek

 
Fizika II, Hõtan: vizsgatételek
A SZIMMETRIA MATEMATIKAI FOGALMÁNAK TÖRTÉNETE
LEVÉL NEWTONNAK
KIHÍVÁSOK
A TALÁLMÁNY TOVÁBBI SORSA
AZ ÉLŐVILÁG ÉS AZ EMBERI TECHNOLÓGIA KÖZÖS VONÁSAI
AZ „ÖRÖKMOZGÓ”
A MAYER-FÉLE VÍZAUTÓ
VÁLTÓÁRAMÚ (AC) ÁRAMKÖRÖK
A CURIE-ELV
 
 

Egyenáramú (DC) áramkörök

1.1    Villamosságtani alapfogalmak

·        Fizikai mennyiségek: feszültség U[V], áramerősség I[A], töltés[C].

·        Áramkör: olyan vezető, zárt hurkok együttese, ahol áram kering(het).

·        Áramköri elemek: feszültségforrás(ok), kapcsoló(k), fogyasztó(k) és ezek kombinációi.


·        Áramköri struktúrák: soros, párhuzamos kapcsolás, hidak.

·        Áramkörök osztályozása: analóg, digitális; egyenáramú, váltóáramú.

·        Áramköri szabályok:
Kirchhoff I. (csomóponti törvény): a töltésmegmaradás törvénye miatt a nem elágazó áramkörök bármely pontjában az áramerősség ugyanakkora; elágazásnál az elágazásba befolyó áramok összege és a kifolyó áramok összege egyenlő.
Kirchhoff II. (huroktörvény): az energia­megmaradás törvénye értelmében bármely hurok mentén a feszültség­esések összege zérus.

·        Mérés: feszültséget párhuzamosan, áramot sorosan mérünk.

·        Feszültségforrás: elem, tápegység, stb. Nagyfrekvenciás átalakítás szerepe.

·        Kapcsoló: mechanikus, elektro­mecha­nikus (mágneskapcsoló, relé), elektro­nikus.

·        Földelés szerepe: referenciapont, élet­védelem.

1.2    Alapalkatrészek

Ellenállások:

·        Ellenállás definíciója:

Az ellenálláson időben állandó U feszültség hatására időben állandó áram folyik át. (A ábra.) Ha az I(U) összefüggés lineáris (B ábra, b) akkor az R=U/I feszültségfüggetlen hányadost ellenállásnak nevezzük; melynek egysége 1 Ohm. A nemlineáris I(U) össze­függésű áramköri elemek (B ábra, a és c) az Rint(U)=U/I integrális és a Rdiff(U)=dU/dI differenciális ellenállással jellemzhetők..

·        Ellenállások eredője:

Soros kapcsolás:

Re=R1+R2

Funkció: feszültségosztó

Párhuzamos kapcsolás:

1/Re=1/R1+1/R2

Funkció: sönt

·        Hídkapcsolás:

A híd két átellenes pontjára U1 feszültséget kapcsolunk, a két másik pont között U2=U1*[R4/(R3+R4)- R2/(R1+R2)] feszültség mérhető.

A hídkapcsolás előnye: ha a mérendő mennyiség (pl. megvilágítás vagy hőmérséklet változása) csak az R1 ellenállást (R1 =R0+ dR) változtatja meg, akkor célszerűen azonos ellenállásokat választva (legyen R2 =R3 =R4 =R0),

U2=-U1*dR/2R0, vagyis U2 az eltéréssel arányos.

Felhasználás: hőmérsékletmérés (R1 Pt ellenálláshőmérő), fényintenzitás mérése (R1 fényellenállás), erő-, nyomaték-, tömegmérés (R1 nyúlásmérő bélyeg, erőmérő cella, mérlegcella), nyomásmérés (R1 szilicium­membrán), mágneses tér mérése (R1 magnetorezisztív elem), stb.

·        Ellenállások specifikálása: érték, teljesítmény, pontosság szerint;

·        változtatható ellenállások: potencio­méter, trimmelő potenciométer;

·        nemlineáris ellenállás, VCR (voltage controlled resistor);

·        hőmérsékletfüggő, fényfüggő, stb. ellenállások.

Kondenzátorok:

·          specifikálásuk: érték, max. feszültség, veszteség szerint;

·          energiatárolás vagy jw karakterisztika.

Félvezető alapalkatrészek:

·        Diódák

Dióda: igen aszimmetrikus karakterisztika, fő funkció: egyenirányítás



Zener-dióda: záróirányú letörés UZ-nél, fő funkció: stabil feszültség beállítása

Fotodióda: a záróirányú áram a megvilá­gítással arányos

LED: nyitóirányú áram hatására világít

Optocsatoló (LED+fotodióda): galvanikus összeköttetés nélküli kapcsolat

·        Tranzisztorok: erősítőként vagy kapcsolóelemként működnek:

·        Triac és tirisztor: kapcsolóként használjuk, teljesítményszabályozás lehetséges alkalmazásukkal

1.3    Műveleti erősítők

1.3.1    Tulajdonságok

A műveleti erősítők olyan, integrált áramkör­ként gyártott erősítők, amelyekkel a hozzá­csatolt alkatrészek jellegétől függően a bemenetre kapcsolt Ube feszültség és a kimeneten megjelenő Uki feszültségszintek között különböző matematikai műveleteknek megfelelő, pl. az Uki = -k*Ube, vagy Uki = òUbedt kapcsolatok valósíthatók meg.

A műveleti erősítők kivezetései:(A ábra):

·          Tápfeszültség bemenetek

·          A + jelű nem invertáló, és a - jelű invertáló bemenetek.

·          Kimenet

A műveleti erősítők szokásos rajzjele a B ábra szerinti (a tápfeszültségeket és a 0 vonalat nem tüntetjük fel).

A műveleti erősítők kivezetései a következő tulajdonságuak:

·          Tápfeszültség bemenetek: a műveleti erősítők ún. kettős tápfeszültséggel működnek, melyet két, sorba kapcsolt feszültségforrás (tápegység) állít elő. Ezek közös pontja lesz a készülék 0 potenciálú pontja (e pontot ill. feszültséget "közös" potenciálnak nevezik; a készülékek e pontját szokás földelni). A tápegységek másik két pontja a +Ut ill. -Ut . Ut típustól függően 3..22 V; tipikus érték 15 V.

·          Bemenetek: a + jelű nem invertáló, és a - jelű invertáló bemenetek. Ezek nagyon nagy ellenállásúak (a bemenő áram típustól függően 10-13..10-7A)

·          A kimeneten Uki = A * [U+ - U-]

            feszültség jelenik meg, ahol A az ún. nyílthurkú erősítés (A>>1, tipikus érték 106). A kimenet kis ellenállású, 1 mA (teljesítmény­fokozattal épített műveleti erősítő akár 100 mA..10 A) áramot képes kiadni.

A műveleti erősítők alkalmazásakor (általában negatív) visszacsatolást, azaz a kimenet és a bemenet közötti összeköttetést alkalmazunk.

·          Negatív visszacsatolás: kapcsolat a kimenet és az invertáló bemenet között. Ilyen kell a "normális" üzemmódokhoz.

·          Pozitív visszacsatolás: kapcsolat a kimenet és a neminvertáló bemenet között. Hatására a kimenet "kiül" vagy az erősítő oszcillál (a kimeneten periodikusan változó feszültség jelenik meg).

Szabályok:

Az ideális műveleti erősítő úgy működik, hogy:

1. szabály: A bemeneteken át be az erősítőbe áram nem folyik;

2.     szabály: A kimeneten Uki = A * [ U+ - U- ] feszültség (A®¥) jelenik meg, mely értelemszerűen nem lehet nagyobb a tápfeszültségnél. Emiatt, hacsak a kimenet nincs kiült állapotban, a két bemenet (gyakorlatilag) azonos potenciálon van.

1.3.2    Jellegzetes kapcsolások

Komparátor

Egyszerű alkalmazás: a komparátor

a: A kimenet feszültsége, Uki

Uki» +Ut ha U+ > U-, ill.

Uki» -Ut ha U+ < U-.

b: Egyszerű alkalmazás digitális elektronikai célokra, 5V-os Zener-dióda felhasználásával:

Uki » +5V (high) ha Ube < 0 ill.

Uki » 0 V (low) ha Ube > 0.

Feszültségkövető, I.

Egyszerű alkalmazás: a feszültségkövető.

Minthogy a negatív visszacsatolás miatt

U- = Uki, ezért

Uki = A * ( U+ - U- ) = A * ( U+ - Uki )

ahonnan átrendezéssel azt kapjuk, hogy

Uki = U+ * A / (1+A).

Minthogy A®¥, Uki = U+ = Ube.

A feszültségkövető fő szerepe, hogy nem terhel­hető feszültségforrások feszültségét terhelhetővé alakítja át..




Feszültségkövető, II.

Terhelhető feszültség előállításának módja, hogy hogy feszültségkövetőt alkalmazunk. A műveleti erősítős kapcsolásoknál alternatív megoldások lehetségesek. Például, stabil feszültség előállításának (egy stabil elem által szolgáltatott E feszültség „lekövetésenek”) az ábrán látható két módja van. Mindkét módszer alkalmazásakor Uki = E és az elemen át nem folyik áram (hiszen a bemeneteken át az erősítőbe áram nem folyhat).

Általában ilyen alternatív megoldások közül azt választjuk, amelynél mindkét bemenet földön van (B).

Invertáló erősítő

A csomóponti törvény és az 1. szabály miatt
Ube / R1 = - Uki /
R2 így  Uki = - Ube * R2 / R1.

Megjegyzés: a nem invertáló bemenetet rendszerint egy R1 * R2 / [ R1 + R2 ] ellenálláson keresztül földeljük.


Összegző invertáló

A csomóponti törvény és az 1. szabály miatt
U1/R1 + U2/R2 +...+ Un/Rn = -Uki/Rn
így
Uki = - SUi * [ Rv / Ri ] .

Ha Rv = R1 = R2 = ... = Rn, akkor Uki = - SUi; egyébként Uki a bemenő feszültségek súlyozott összege.

DA konverter:

DA konverzió tipikus technikai megvalósítás összegző erősítővel


Nem invertáló erősítő

A csomóponti törvény miatt és az 1. szabály miatt
(Uki - U-) / R2 = (U- - 0)
/ R2.

A 2. szabály miatt U- = U+, így

Uki = Ube * (R1 + R2) / R1.

A nem invertáló erősítő kimenő feszültsége tehát
Uki = +k*Ube

Kivonó

A csomóponti törvény miatt és az 1. szabály miatt

(Uki - U-) / R2 = (U- - U2) / R1 és

(U1 - U+) / R3 = (U+ - 0) / R4.

A 2. szabály miatt U- = U+ ; a három egyenletből átrendezéssel azt kapjuk, hogy

Uki = +U1 * [ ( 1 + R2/R1) / ( 1 + R3/R4)] -

- U2 * [ R2/R1 ]

Speciális esetek:

·          ha R1 = R2 és R3 = R4, akkor

            Uki = +U1 - U2 (az áramkör egyszerű kivonó áramkör.)

·          ha R1 = R3 = R4 = R, és R2 = R + d

és U1 = U2 (a bemeneteket össze­kapcsoljuk) akkor Uki = -2 d U1 / R (hídkapcsolás).

Műszererősítő (instrumentációs erősítő)

Uki = k*(U1 - U2) ahol k = 1 + 2*R2 / R1.

Az R1 ellenállás cseréjével a k erősítés pontosan szabályozható, ezért változtatható erősítésű erősítőfokozatokban alkalmazzák.

Áram-feszültség átalakító:

 

Minthogy a mindkét bemenet föld­potenciálon van, és az Rm mérőellenálláson I*Rm feszültség esik,
Uki = I * Rm

Áramerősség mérésére használjuk.


Logaritmikus erősítő

A diódák exponenciális karakterisztikájúak, vagyis I = k1 * exp(k2U). A neminvertáló bemenet földön van, ezért az invertáló bemenet potenciálja is mindig 0.

Legyen Ube pozitív és elegendően nagy, hogy a visszacsatoló ágban gyakorlatilag csak a felső, nyitóirányban lévő diódán folyjon át lényeges nagyságú I áram. A diódán

I = (0 - Ube) / R1 erősségű áram folyik át, tehát

I = k1 * exp(k2Uki) = (0 -Ube) / R1 vagyis Uki = - k3 * log ( k4 Ube ) .

A visszacsatoló ágban azért van két dióda, hogy pozitív és negatív feszültségek logaritmusát egyaránt lehessen képezni.

Exponenciális erősítő

A diódák exponenciális karakterisztikájúak, vagyis I = k1 * exp(k2U). A neminvertáló bemenet földön van, ezért az invertáló bemenet potenciálja is mindig 0. Legyen Ube pozitív és elegendően nagy, hogy gyakorlatilag csak a felső, nyitóirányban lévő diódán folyjon át lényeges nagyságú I áram. Mindkét bemenet földön van, így a visszacsatoló ágon I = (0 - Uki) / R1, a diódán pedig I = k1 * exp(k2Ube) erősségű áram folyik át. Innen Uki = - k1 R1* exp ( k2 Ube ).

A bemenetnél azért van két dióda, hogy pozitív és negatív feszültségek exponenciálisát egyaránt lehessen képezni.

A logaritmáló és az exponencializáló erősítők összehasonlításával észrevehetjük, hogy ha a visszacsatoló ágban lévő elemet felcseréljük az invertáló bemenethez vezető elemmel akkor az inverz matematikai függvényt állítjuk elő. (Ugyanez a reláció figyelhető meg a differen­ciáló és az integráló erősítők esetében is.)

Analóg szorzó: Két feszültség szorzata a log(U1*U2) = log(U1) + log(U2) azonosság felhasz­nálásával állítható elő: A feszültségeket logaritmáljuk, összeadjuk, majd exponencializáljuk.



: 5824