Základy elektroniky 5.časť

Tak zase sa tu stretávame v poradí 5.časti základy elektroniky, v ktorej Vás zoznámim z dvojbránamy.

1.3 JEDNOBRÁNY A DVOJBRANY

Principiálne schematické značky jednobrány a dvojbrány sú na obr. 1.8. Rozdelenie elektronických obvodov na jednobrány a dvojbrány umožňuje matematické riešenie týchto obvodov bez ohľadu na to, z akých prvkov sa skladá jednobrána alebo dvojbrána.

Obr. 1.8. Schematické značky jednobrány a dvojbrány

Na jednobránu alebo dvojbránu sa môžeme pozerať ako na skrinku, ktorá obsahuje ľubovoľné elektronické prvky. Môžu to byť napr. rezistory, kondenzátory, diódy, tranzistory a ich kombinácie.
Vlastnosti jednobrány alebo dvojbrány posudzujeme pomocou vstupných a výstupných obvodových veličín (prúd, napätie), príp. z ich vzájomnej súvislosti.

1.3.1 Jednobrány

Vlastnosti a správanie sa jednobrány sú charakterizované vzájomným vzťahom medzi napätím U a prúdom /, ktorý spôsobuje napätie U. Zmena napätia spôsobí zmenu prúdu, t. j. prúd prechádzajúci jednobránou je funkciou napätia ( I = f (U )). Naopak, každá zmena prúdu prechádzajúceho jednobránou spôsobí zmenu napätia na jednobráne, čo možno vyjadriť vzťahom U = f ( I ).
Uvedené funkčné závislosti sa nazývajú charakteristické rovnice jednobrány a určujú priebeh voltampérovej charakteristiky jednobrány. Lineárny alebo nelineárny priebeh voltampérovej charakteristiky je daný vlastnosťami súčiastok, z ktorých sa skladá jednobrána.

1.3.2 Druhy jednobrán

Rozlišujeme lineárne jednobrány, ktoré sa skladajú z lineárnych prvkov (rezistory, kondenzátory a cievky), a nelineárne jednobrány, ktoré sa skladajú z nelineárnych prvkov (diódy, varistory, termistory atď.). Lineárna jednobrána má funkčnú závislosť medzi obvodovými prvkami vyjadrenú konštantou úmernosti, ktorou môže byť napr. odpor. Charakteristická rovnica lineárnej odporovej jednobrány je U = RI alebo I = GU
Voltampérová charakteristika takejto jednobrány je priamka, ktorá zviera s osou napätia uhol a. Pomocou tejto charakteristiky môžeme každej zvolenej hodnote obvodovej veličiny I priradiť zodpovedajúcu hodnotu veličiny U. Dvojici takto určených hodnôt U a I zodpovedá jeden bod P na voltampérovej charakteristike, ktorý určuje jeden z možných pracovných stavov súčiastky — pracovný bod (obr. 1.9a). Každý takto zvolený bod voltampérovej charakteristiky vyhovuje rovnici jednobrány I / U = G = konšt. t. j. charakteristiky je rovnaká vodivosť (odpor). Z hľadiska požadovanej činnosti je vhodný len jeden pracovný bod.

Obr. 1.9. Voltampérové charakteristiky jednobrány a) lineárnej, b) nelineárnej

Nelineárne jednobrány majú funkčnú závislosť medzi obvodovými veličinami vyjadrenú zložitým matematickým výrazom, preto sa používa grafické vyjadrenie (obr. 1.9b). Pomer navzájom si zodpovedajúcich hodnôt jednosmerných prúdov a napätí nieje konštantný, čo znamená, že v každom zvolenom pracovnom bode (P₁, P₂ atď.) je iný jednosmerný odpor (vodivosť).

1.3.3 Spájanie jednobrán

Jednobrány možno medzi sebou spájať sériovo alebo paralelne, čím získame novú jednobránu, ktorej vlastnosti sú dané vlastnosťami jednotlivých navzájom spojených jednobrán.
ériové spojenie dvoch jednobrán l a 2 je na obr. 1.10a. Obidvoma jednobránami prechádza rovnaký prúd, celkové napätie je súčtom napätí na jednotlivých jednobránach. Pre výslednú jednobránu platia vzťahy:

U = U₁ + U₂
I = I₁ = I₂ = konšt

Voltampérová charakteristika novovzniknutej jednobrány sa graficky zisťuje z čiastkových charakteristík jednobrán 7 a 2 tak, že sa bod po bode pri konštantnom prúde spočítajú napätia.

Obr. 1.10. Zapojenie jednobrán a) sériové, b) paralelné

Paralelným spojením dvoch jednobrán (obr. 1.10b) vznikne nová jednobrána, pre ktorú platia vzťahy:

I = I₁ + I₂
U = U₁ = U₂ = konšt

Výsledná voltampérová charakteristika sa opäť zistí graficky súčtom čiastkových prúdov jednobrán l a 2 pri konštantnom napätí. V elektrických obvodoch sa často vyskytuje zapojenie, v ktorom je nelineárna jednobrána sériovo zapojená do obvodu zloženého z lineárneho odporu a jednosmerného zdroja napätia (obr. 1.11). Spoločný pracovný bod P, ktorý je určený napätím U_p a prúdom I_p, leží v priesečníku voltampérovej charakteristiky nelineárnej jednobrány so zaťažovacou priamkou, ktorá charakterizuje lineárnu jednobránu (obr. 1.11).

Obr. 1.11. Konštrukcia zaťažovacej priamky

Na nakreslenie zaťažovacej priamky potrebujeme dva body. V bode1, I = 0 a U = U₀. V bode2, U = 0 a potom I = U₀ / R. Spojením bodu 1 a 2 získame zaťažovaciu priamku.

1.3.4 Diferenciálny odpor

Ak nelineárnou súčiastkou prechádza časovo premenlivý (striedavý) prúd, jednosmerný pracovný bod sa bude posúvať po charakteristike v rozsahu zmien ΔI a ΔU. Ak zakrivenú časť charakteristiky v rozsahu týchto malých zmien nahradíme priamkou (dotyčnicou k bodu P), zo zmien môžeme vypočítať diferenciálny odpor (obr. 1.9b)

Aby sme mohli urobiť takúto náhradu, musia byť zmeny ΔU a ΔI čo najmenšie. Náhrada krivky priamkou sa nazýva linearizácia voltampérovej charakteristiky.

V ďaľšej časti si popíšeme o dvojbránach. Ďaľšia čast vyjde v piatok 8.12.2006