Fizika | Felsőoktatás » Varga András - Áramköri elemek

Áramköri elemek (leckevázlat) Az elektronikai áramkörök áramköri elemekbıl épülnek fel. Az áramköri elem az áramkör mőködı egysége, amelynek több terminálja van. Egy áramköri elem lehet: - aktív – átalakítja a rajta áthaladó áramot, képes felerısíteni a bemenı feszültséget - passzív – csak áramot fogyaszt Az áramkör passzív elemei Az ellenállás Szerepei: gátolja az áram folyását az áramkör adott részén, kondenzátor kisütése, feszültségszabályozó, főtés, világítás. Az ellenállások alapanyaga szén és fém vegyületek, ötvözetek. Az ellenállás értékét Ohm törvénye szerint számítjuk ki: R= U I R – ellenállás (Ω - ohm) U – az ellenálláson esı feszültség feszültsége (V - volt) I – az áram erıssége (A - amper) Példa: Egy 4,5 V-os laposelemrıl szeretnénk egy LED-et meghajtani. Azt tudjuk, hogy a LED-et 5 mA árammal szeretnénk hajtani és azt is, hogy ekkor 1,7 V esik rajta. Mekkora

ellenállást kell a LED-del sorba kapcsolni? U = 4,5 − 1,7 = 2,8 V I = 5 mA = 0,005 A R= U 2,8 = = 560 Ω I 0,005 Az ellenállások két nagy csoportba sorolhatók: - fix értékőek – értéke nem változik meg a mőködés során - változtatható értékőek – ellenállása módosítható (például a potenciométer) Fix értékő ellenállás jelölése az áramkörben Változtatható értékő ellenállás Az ellenállások így néznek ki. Az ellenállások kötése: - Párhuzamosan - Sorban Eredı ellenállás: R = R1 + R2 + R3 + . + Rn Eredı ellenállás: 1 1 1 1 1 = + + + . + R R1 R2 R3 Rn - Vegyesen Ennél a példánál az eredı ellenállást úgy határozzuk meg, hogy elıre kiszámítjuk az R2 , R3 , R4 párhuzamosan kötött ellenállások 1 1 1 1 eredıjét: = + + , majd az R234 R2 R3 R4 R1 , R234 , R5 sorban körött ellenállások eredıjét: R = R1 + R234 + R5 Ellenállás értékének megadása: - közvetlen módon, amikor ráírják az

ellenállásra az értékét (5Ω, 15Ω stb.) - színkódolás: A tekercs A tekercs csavarmenetszerően feltekert vezetı. A feltekert rétegek között szigetelés van. A tekercs áramköri jele: A tekercseket kis elektromos ellenállású anyagokból készítik (például réz, alumínium) Amikor áram halad át a tekercsen, mágneses tér keletkezik vagyis a tekercs mágnesként viselkedik (vonzza a fémtárgyakat). Ezért lehet használni a daruknál, amelyek fémhulladékokat kezelnek, vasajtók blokkolásához stb. A tekercsre jellemzı elektromos mennyiség az induktivitás, amely mértékegysége a henry (H). Alakjuk szerint a tekercs lehet: - hengeres - keretes - győrős A tekercs felhasználása: - ellenállásként - villamos motorokban - rádiókészülékeknél a frekvencia beállítására - transzformátorokban A tekercseken megjelölt fizikai mennyiségek: - induktivitás - maximális feszültség, amit kibír - menetek száma - a huzal metszetének területe,

amibıl készült - ellenállásának értéke A kondenzátor A kondenzátor áramköri elem, amely elektromos töltést képes tárolni. A legegyszerőbb kondenzátor legalább két párhuzamos vezetıbıl (fegyverzetbıl) és a közöttük lévı szigetelıbıl (dielektrikumból) áll. A dielektrikum elkészítéséhez használt anyagok lehetnek gáznemőek (pl. levegı), folyékonyan (ásványi vagy növényi olaj) vagy szilárdak (kerámia vagy csillám). A kondenzátor áramköri szerepe: - energiatárolás (rövid távú) - zajsimítás (váltakozó áramú komponensek csillapítása) - egyenáramú komponens leválasztása - induktivitással összekapcsolva rádiófrekvenciás frekvenciaszőrıt készíthetünk - ellenállással összekapcsolva hangfrekvenciás szőrı készíthetı A kondenzátor áramköri jele: Az elektrolites kondenzátor áramköri jele: Ha a kondenzátor termináljaira áramot kapcsolunk, az egyik fegyverzet negatív, a másik pedig pozitív

töltéső lesz. Ez a kondenzátor feltöltése Ha a kondenzátort áramkörbe kötjük, a felhalmozott energiáját átadja az áramkörnek. Ez a kondenzátor kisülése. Ha a kondenzátor áramkörben van, akkor folyamatos feltöltıdés és kisülés zajlik. A kondenzátorokra jellemzı fizikai mennyiség a kapacitás (C), amelynek mértékegysége a farad (F). Gyakorlatban a farad törtrészeit alkalmazzuk: - mikrofarad (1 µ F = 10−6 F ) - nonofarad (1 nF = 10−9 F ) - pikofarad (1 pF = 10−12 F ) A kondenzátorok kötése: - Párhuzamosan - Sorban Eredı kapacitás: C = C1 + C2 + C3 + . + Cn Eredı kapacitás: 1 1 1 1 1 = + + + . + C C1 C2 C3 Cn Néhány kondenzátortípus: A papírkondenzátor olajjal átitatott vékony papírcsíkból áll, amelynek két oldalán helyezkedik el az ónból vagy alumíniumból készült fólia fegyverzet. A csillámkondenzátorban dielektrikumként csillámot alkalmaznak, amelynek két oldalán alumínium vagy vörösréz

fegyverzetek vannak. Az alumíniumfóliás elektrolitkondenzátor egyik fegyverzete oxidált felülető alumínium, ahol az alumíniumoxid dielektrikumként mőködik. A kerámiakondenzátor kis mérető, fémezett kerámialemezekbıl álló kondenzátor. A fóliakondenzátorokban a kivezetések két oldalt teljes felületen csatlakoznak a fegyverzetekhez A nagyfeszültségő vákuumkondenzátort tipikusan a mősorszóró rádióadókban és a lokátortechnikában alkalmazzák. Az áramkör aktív elemei Az áramforrás Az áramforrás olyan berendezés, amely elektromos áramot szolgáltat. Leggyakoribb áramforrásaink: A generátor a mechanikai munkát alakítja elektromos energiává. A generátorok nagy része az elektromos erımővekben található. Az akkumulátor töltéskor a bevezetett villamos energiát vegyi energiává alakítja át, majd kisütéskor villamos energiává alakítja vissza A napelem olyan szilárdtest eszköz, amely az elektromágneses

sugárzást közvetlenül villamos energiává alakítja. A galvánelem – kénsavval töltött edénybe egy cink- és rézelektródát helyeznek el. A réz pozitív töltésővé válik, a cink negatívvá. Az elektródok töltései kiegyenlítıdni igyekeznek, ezért közöttük feszültség mérhetı. Az áramforrás áramköri jele: Az áramforrásokra jellemzı fizikai mennyiség az elektromos erı, amit E-vel jelölünk (a két elektróda közti maximális feszültség, amikor az áramforráson nem folyik áram át) Áramforrások kapcsolása: Soros kapcsolás: Az egyik áramforrás negatív pólusát a másik áramforrás pozitív pólusához kapcsoljuk. Ekkor az egyes áramforrások forrásfeszültségei összeadódnak: E = E1 + E2 + E3 + . + En Párhuzamos kapcsolás Az áramforrások azonos pólusait kapcsoljuk össze. Ez a kapcsolás akkor valósítható meg, ha az áramforrások elektromotoros ereje közel azonos. Különbözı erejő áramforrásoknál az

erısebb érvényesül. A dióda A dióda egyik irányba átengedi az elektromos áramot és a másikba nem – többségét egyenirányításra használják. Két elektródából áll: katódból és anódból. A katód leadja az elektronokat és az anód felveszi. A dióda áramköri jele: A germániumdiódák 50-60 °C-ig mőködnek, azon túl csak a szilíciumdiódák használhatók. A dióda szerepe az áramkörben: - a váltóáramot egyenárammá alakítja - stabilizálja az elektromos feszültséget Diódatípusok: Egyenirányító dióda Feszültségszabályozó Zener dióda (Zdióda) Light-Emitting Diode (fényt kibocsátó dióda) – LED Fotocella – egy dióda érzékeli valami jelenlétét és parancsot ad az ajtó nyitására A tranzisztor A tranzisztort egy diódának is tekinthetjük, amelynek mőködése ellenırizhetı. Háromrétegő félvezetı eszköz, amelyet fel lehet használni: - gyenge villamos jelek erısítésére - jelek kapcsolására - a

feszültség stabilizására A tranzisztor három rétege kémiailag eltérı adalékolású (szennyezéső), amely két p-n átmenetet tartalmaz. A tranzisztor felépítése: - emitter, ami a katód szerepét tölti be (negatív vagy pozitív elektromos töltéseket bocsájt ki) - kollektor, ami az anód szerepét tölti be (felfogja az emittertıl a töltéseket) - bázis, ami ellenırzi a kollektor által felfogott töltések mennyiségét. Ugyanakkor a bázis ellenırzi a tranzisztoron áthaladó töltések irányát is