Technik.teleinformatyk 312[02] o2.01_u

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1
MINISTERSTWO
EDUKACJI
NARODOWEJ
Ryszard Zankowski
Badanie elektronicznych układów analogowych
312[02].O2.01
Poradnik dla ucznia

2
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy Radom
2007
Recenzenci:
mgr inŜ. Krzysztof Słomczyński
mgr inŜ. Zbigniew Miszczak
Opracowanie redakcyjne: mgr
inŜ. Ryszard Zankowski
Konsultacja:
mgr Małgorzata Sienna
Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 312[02].O2.01
„Badanie elektronicznych układów analogowych”, zawartego w programie nauczania dla
zawodu technik teleinformatyk.

3
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2007
SPIS TREŚCI
1. Wprowadzenie 3 2. Wymagania wstępne 5 3. Cele kształcenia 6 4. Materiał
nauczania 7
4.1. Bierne elementy elektroniczne 7
4.1.1. Materiał nauczania 7
4.1.2. Pytania sprawdzające 14
4.1.3. Ćwiczenia 15
4.1.4. Sprawdzian postępów 17
4.2. Aktywne elementy elektroniczne 18
4.3. Elektroniczne układy zasilające 36
4.4. Elektroniczne układy wzmacniające i generacyjne 51
4.5. MontaŜ i naprawa elektronicznych układów analogowych 73
5. Sprawdzian osiągnięć 82 6. Literatura 88
1. WPROWADZENIE
Poradnik będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy o podstawowych układach
elektroniki analogowej i kształtowaniu umiejętności eksploatacji i

4
uruchamiania elektronicznych układów analogowych oraz pomiaru parametrów i oceny
stanu technicznego tych układów. W poradniku znajdziesz:
– wymagania wstępne – wykaz umiejętności, jakie powinieneś mieć juŜ ukształtowane, abyś
bez problemów mógł korzystać z poradnika,
– cele kształcenia – wykaz umiejętności, jakie ukształtujesz podczas pracy z poradnikiem,
– materiał nauczania – wiadomości teoretyczne niezbędne do opanowania treści jednostki
modułowej,
– zestaw pytań, abyś mógł sprawdzić, czy juŜ opanowałeś określone treści,
– ćwiczenia, które pomogą Ci zweryfikować wiadomości teoretyczne oraz ukształtować
umiejętności praktyczne,
– sprawdzian postępów,
– sprawdzian osiągnięć, przykładowy zestaw zadań. Zaliczenie testu potwierdzi opanowanie
materiału całej jednostki modułowej, – literaturę uzupełniającą.

5
Schemat układu jednostek modułowych
312[02].O2
Podstawy elektroniki
analogowej i cyfrowej
312[02].O2.02
Badanie elektronicznych
układów cyfrowych
312[02].O2.01
Badanie elektronicznych
układów analogowych

6
2. WYMAGANIA WSTĘPNE
Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:
– rozróŜniać podstawowe wielkości elektryczne i ich jednostki,
– przeliczać jednostki wielkości elektrycznych w układzie SI,
– czytać schematy obwodów elektrycznych,
– stosować podstawowe prawa elektrotechniki do analizy obwodów elektrycznych,
– obliczać wartości wielkości elektrycznych w obwodach prądu stałego i zmiennego,
– charakteryzować wymagania dotyczące bezpieczeństwa pracy przy urządzeniach
elektrycznych,
– wykonywać połączenia elementów elektrycznych,
– posługiwać się podstawowymi miernikami wielkości elektrycznych i oscyloskopem,
– mierzyć wielkości elektryczne oraz interpretować otrzymane wyniki, – lokalizować
usterki w prostych obwodach elektrycznych,
– czytać dokumentację techniczną urządzeń elektrycznych,
– korzystać z róŜnych źródeł informacji,
– obsługiwać komputer,
– współpracować w grupie.

7
3. CELE KSZTAŁCENIA
W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:
− sklasyfikować analogowe elementy i układy elektroniczne według róŜnych kryteriów,
− rozpoznać analogowe elementy i układy elektroniczne na podstawie symboli graficznych,
oznaczeń, wyglądu, charakterystyk,
− zidentyfikować wyprowadzenia analogowych elementów i układów elektronicznych,
− określić zastosowania analogowych elementów i układów elektronicznych,
− zinterpretować podstawowe charakterystyki analogowych elementów i układów
elektronicznych,
− odczytać schematy ideowe podstawowych układów elektronicznych (prostowników,
stabilizatorów napięcia, wzmacniaczy, generatorów),
− określić rolę poszczególnych elementów w układach elektronicznych,
− scharakteryzować podstawowe parametry analogowych elementów i
układów elektronicznych,
− wyjaśnić zasadę działania podstawowych analogowych elementów i układów
elektronicznych
− obliczyć podstawowe wielkości elektryczne i wybrane parametry występujące w
analogowych układach elektronicznych,
− dobrać metody oraz przyrządy pomiarowe,
– zmierzyć podstawowe parametry analogowych elementów i układów elektronicznych,
– zaobserwować na oscyloskopie przebiegi sygnałów wejściowych i wyjściowych układów
elektronicznych oraz je zinterpretować,
– sprawdzić poprawność działania analogowych elementów i układów elektronicznych,
– zlokalizować uszkodzenia elementów i podzespołów układów elektronicznych na
podstawie pomiarów dokonanych w wybranych punktach,
– dobrać analogowe elementy i układy elektroniczne do zadanych warunków,
– scharakteryzować technologie montaŜu płytek drukowanych: jedno
i wielowarstwowych,
– skompletować zestaw narzędzi i materiałów do montaŜu określonego układu
elektronicznego,
– zmontować prosty analogowy układ elektroniczny na płytce drukowanej zgodnie ze
schematem montaŜowym,
– uruchomić prosty analogowy układ elektroniczny,
– skorzystać z katalogów i innych źródeł informacji o analogowych elementach i układach
elektronicznych,
– zastosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy oraz ochrony przeciwpoŜarowej,
– zorganizować stanowisko pracy zgodnie z wymaganiami ergonomii oraz ochrony
środowiska,
– posłuŜyć się sprzętem ratunkowym i ratowniczym w sytuacjach zagroŜenia zdrowia i
Ŝycia.

8
4. MATERIAŁ NAUCZANIA
4.1. Bierne elementy elektroniczne
4.1.1. Materiał nauczania
Oporniki
Oporniki moŜemy podzielić w zaleŜności od:
− cech funkcjonalnych na: rezystory, potencjometry, termistory i warystory,
− charakterystyki prądowo – napięciowej, na: liniowe i nieliniowe,
− stosowanego materiału oporowego, na: drutowe, warstwowe i objętościowe.
Oporniki liniowe w normalnych warunkach pracy charakteryzują się proporcjonalną
zaleŜnością napięcia od prądu.
Oporniki drutowe (symbol: RDL) są wykonane z drutu stopowego nawiniętego na
ceramiczny wałek. Produkuje się je do zastosowań precyzyjnych, gdzie wymagana jest wysoka
jakość i stabilność oraz do zastosowań o duŜej mocy, dla których potrzebny jest gruby i
wytrzymały drut.
W opornikach warstwowych (symbol: MŁT, AF, ML, RMG, AT, OWZ), materiał
rezystywny jest umieszczany na podłoŜu w postaci węgla lub metalu. Oporniki węglowe OWZ
stosuje się w układach w.cz. (do 1GHz) o niewielkiej mocy (do 1W).
Do budowy oporników objętościowych, w których prąd płynie całą objętością opornika,
stosuje się organiczne lub nieorganiczne materiały oporowe. Są one głównie stosowane w
sprzęcie profesjonalnym, gdzie wytrzymują duŜe obciąŜenia prądowe i mocy.
Parametry uŜytkowe oporników stałych
Do podstawowych parametrów oporników naleŜą:
− rezystancja znamionowa Rn, czyli wartość rezystancji podawana na obudowie,
− tolerancja wyraŜona w %, czyli dokładność z jaką wykonywane są oporniki o danej
wartości rezystancji znamionowej,
− moc znamionowa Pn, czyli największa dopuszczalna moc strat cieplnych w oporniku,
− temperaturowy współczynnik TWR, określający w % zmiany rezystancji opornika pod
wpływem zmian temperatury opornika,
− napięcie graniczne Ugr, powyŜej którego opornik moŜe ulec uszkodzeniu.
Oporniki są produkowane w następujących grupach tolerancji: ±20%, ±10%, ±5%, ±2%,
±1%, ±0,5%. Trzy ostatnie grupy oporników charakteryzują się duŜą stałością rezystancji i są
nazywane opornikami dokładnymi. Klasom dokładności odpowiadają następujące szeregi
wartości rezystancji znamionowych: E6 (±20%), E12 (±10%), E24 (±5%), E48 (±2%), E96
(±1%), E192 (±0,5%).
Przykładowe szeregi rezystancji znamionowych: E6
(10, 15, 22, 33, 47, 68)
E12 (10, 12, 15,18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82)
E24 (10,11,12,13,15,16,18,20,22,24,27,30,33,36,39,43,47,51,56,62,68,75,82,91)
Przykład:

9
JeŜeli rezystancja znamionowa opornika wynosi 220kΩ i naleŜy ona do szeregu E12, to
oznacza, Ŝe rzeczywista wartość rezystancji tego opornika mieści się w granicach ±10%
rezystancji znamionowej i znajduje się w przedziale od 198kΩ do 242kΩ.
Moc znamionowa opornika zaleŜy od jego konstrukcji, zastosowanego materiału, a takŜe
od sposobu chłodzenia opornika. Dla małych wartości moce oporników są uszeregowane
następująco: 0,125 W; 0,25 W; 0,5 W; 1 W; 2 W i 5 W.
Oznaczenia wartości znamionowej rezystancji
Istnieją dwa sposoby oznaczania wartości znamionowej oporników: kod barwny i kod
literowo – cyfrowy. Stosując kod barwny, wartość znamionową oznacza się za pomocą
barwnych pasków, kropek, lub ich kombinacji (rys 1). Pierwszy pasek (kropka), umieszczony
bliŜej czoła opornika, określa pierwszą cyfrę, drugi pasek (kropka) – drugą cyfrę, trzeci pasek
(kropka) – współczynnik krotności (mnoŜnik). Natomiast ostatni pasek oznacza tolerancję i jest
zwykle podwójnej szerokości. Kod barwny oporników przedstawiono w tabeli 1.
Rys. 1. Kod paskowy oporników [www.cyfronika.com.pl]
JeŜeli, np.: na oporniku będą paski: Ŝółty, fioletowy, czerwony, złoty oznacza to, Ŝe ma on
wartość znamionową 4,7 kΩ i tolerancję ± 5%.
W kodzie literowo – cyfrowym wartość rezystancji określa się zwykle trzema lub czterema
znakami, np.: wartość 81 Ω – znakiem 81 lub 81R, wartość 8100 Ω – znakiem 8100 lub 8k1,
wartość 7 200 000 Ω – znakiem 7M2.
Tabela 1. Kod barwny oporników [4, s. 14]
Kolor znaku
Pierwszy pasek
pierwsza cyfra
pasekDrugi
druga cyfra
pasekTrzeci
współczynnik
krotności
Czwarty
pasek
tolerancja
rezystancji %
Srebrny
Złoty
Czarny
Brązowy
Czerwony
Pomarańczowy
ś ółty
Zielony
Niebieski
Fioletowy
Szary
Biały
–
–
–
1
2
3
4
5
6
7
8
9
–
–
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
– 2
10
– 1
1
10
10
2
10
3
10
4
10
5
10
6
–
–
–
10
5
–
1
2
–
–
–
–
–
–
–

10
Oporniki zmienne – potencjometry
W układach elektronicznych oprócz oporników stałych, stosuje się oporniki zmienne
zwane potencjometrami, w których wartość rezystancji zaleŜy od połoŜenia pokrętła
(ruchomego ślizgacza).
W zaleŜności od zastosowania, potencjometry dzieli się na:
− regulacyjne, słuŜące do regulacji parametrów urządzenia w czasie jego pracy,
− dostrojcze (zwane montaŜowymi lub nastawczymi), słuŜące do ustalania warunków pracy
układu w czasie jego uruchamiania, strojenia lub naprawy.
MoŜliwe symbole graficzne potencjometrów przedstawiono na rysunku 2.
a) b)
Rys. 2. Symbole graficzne potencjometrów: a) regulacyjnych, b) dostrojczych [4, s.12]
Ze względu na sposób regulowania potencjometry dzieli się na:
− obrotowe: regulowane osią obrotową lub wkrętakiem,
− suwakowe: regulowane przesuwem suwaka w linii prostej.
Wygląd zewnętrzny obu rodzajów potencjometrów przedstawiono na rysunku 3.
a) b)
Rys. 3. Potencjometry: a) suwakowe, b) obrotowe [www.matmic,neostrada.pl]
Pomiary rezystancji i dobieranie parametrów oporników i potencjometrów
Podstawowym urządzeniem pomiarowym słuŜącym do pomiaru rezystancji jest omomierz.
JeŜeli rezystor jest połączony z innymi elementami obwodu, to w celu uniknięcia zafałszowania
wyniku pomiaru rezystancji naleŜy jedną z jego końcówek odłączyć przed pomiarem, co
wykluczy moŜliwość bocznikowania tego elementu przez obwód zewnętrzny.
Rezystancja moŜe być mierzona równieŜ za pomocą woltomierza i amperomierza tzw.
metodą techniczną, której dwa podstawowe układy pomiarowe przedstawiono na rysunku 4.

11
Rys. 4. Schematy układów do pomiaru metodą techniczną: a) małych rezystancji, b) duŜych rezystancji
[1, s.12]
Oporniki nieliniowe
Oporniki te charakteryzują się nieproporcjonalną zaleŜnością napięcia od prądu.
Rezystancja w układach nieliniowych zaleŜy od czynników zewnętrznych. Najbardziej
popularnymi nieliniowymi opornikami są:
− termistory, w których zmienna rezystancja zaleŜy od temperatury,
− warystory, w których zmienna rezystancja zaleŜy od przyłoŜonego napięcia.
Obudowy termistorów i warystorów przypominają kształtem oporniki stałe, a ich symbole
graficzne pokazano na rysunku 5.
a) b)
U T
Rys. 5. Symbole graficzne: a) warystora, b) termistor [opracowanie własne]
Termistory
Termistory są stosowane w układach temperaturowej stabilizacji punktu pracy oraz w
układach regulacji i pomiaru temperatury. Występują 3 rodzaje termistorów róŜniących się
charakterem zmian rezystancji w funkcji temperatury:
− NTC o rezystancji malejącej ze wzrostem temperatury,
− PTC o rezystancji rosnącej ze wzrostem temperatury,
− CTR o rezystancji gwałtownie zmieniającej się w pewnym zakresie temperatury.
NajwaŜniejszymi parametrami termistora są:
− rezystancja znamionowa, podawana dla temperatury 25°C (mieści się w granicach od
pojedynczych Ω do kilku M Ω),
− tolerancja rezystancji znamionowe (±10% lub ±20%),
− temperaturowy współczynnik rezystancji,
− dopuszczalny zakres temperatur i dopuszczalna moc strat cieplnych (od 4,5 do 1500 mW).

12
Warystory
Warystory są stosowane do stabilizacji i ograniczania napięć, a ich charakterystyka
prądowo – napięciowa jest pokazana na rysunku 6.
Rys. 6. Charakterystyka napięciowo – prądowa warystora [4, s.63]
Charakterystyka warystorów jest symetryczna i silnie nieliniowa. MoŜna ją opisać
następującym wzorem
U = C ⋅ Iβ
gdzie:
U – napięcie występujące na warystorze [V],
I – prąd płynący przez warystor [mA], C –
współczynnik proporcjonalności [V/(mA)β],
β – współczynnik nieliniowości i jednocześnie parametr warystora mieszczący się
w granicach od 0,15 do 0,25,
Kolejnymi parametrami warystora są: napięcie charakterystyczne Uch, określające spadek
napięcia na warystorze w zakresie nasycenia charakterystyki (napięcie stabilizacji) oraz moc
znamionowa warystora PN.
Kondensatory ich parametry
Kondensatory moŜna podzielić, w zaleŜności od ich przeznaczenia, na:
− stałe (o stałej pojemności),
− zmienne (o zmiennej pojemności, stosowane do przestrajania obwodów rezonansowych),
− biegunowe zwane polarnymi (przeznaczone do pracy przy jednym określonym kierunku
doprowadzonego napięcia stałego).
Ze względu na rodzaj zastosowanego dielektryka kondensatory dzielimy na:
− powietrzne (brak dielektryka),
− mikowe (symbol: KM),
− ceramiczne (symbole: KCP, KFP, KCR, KFR),
− z tworzyw sztucznych (symbole: KSE, KSF, MKSE, MKSF, MKSW, KMP, KFMP),
− elektrolityczne (symbole: KEN, KEO, 02/T, 04/U, 164D, 196D, ETO).
NajwaŜniejszymi parametrami kondensatora są:

13
− pojemność znamionowa – CN (wyraŜana w faradach [F], która określa zdolność
kondensatora do gromadzenia ładunków elektrycznych; podawana na obudowie
kondensatora – ciąg wartości z szeregu E6 lub E12),
− napięcie znamionowe – UN (największe dopuszczalne napięcie stałe lub zmienne, które
moŜe być przyłoŜone do kondensatora; zwykle podawane na obudowie kondensatora),
− tangens kąta stratności – tgδ (stosunek mocy czynnej wydzielającej się na kondensatorze
do mocy biernej magazynowanej w kondensatorze, przy napięciu sinusoidalnie zmiennym
o określonej częstotliwości),
− prąd upływowy – Iu (prąd płynący przez kondensator, przy napięciu stałym),
− temperaturowy współczynnik pojemności – αC (określa względną zmianę pojemności,
zaleŜną od zmian temperatury).
Kondensatory stałe
Symbole graficzne róŜnych rodzajów kondensatorów róŜnią się między sobą co pokazuje
rysunek 7.
a) b) c)
+
Rys. 7. Symbole graficzne kondensatora: a) niebiegunowego, b) biegunowego,
c) zmiennego [opracowanie własne]
Kondensatory ceramiczne mają duŜy współczynnik αC oraz mały tangens kąta stratności
dielektrycznej. Zaletą ich jest duŜa wartość pojemności znamionowej i małe wymiary. Mają
niewielkie wartości indukcyjności własnej, w związku z tym mogą być stosowane w obwodach
wielkiej częstotliwości oraz jako pojemności sprzęgające (pojemności w obwodach
rezonansowych i filtrach).
Kondensatory elektrolityczne, ze względu na uŜyty do ich budowy materiał dzielimy na:
aluminiowe i tantalowe (z elektrolitem ciekłym – mokre oraz z elektrolitem suchym –
półprzewodnikowe). Pod względem zastosowań układowych rozróŜniamy kondensatory:
biegunowe i niebiegunowe, stosowane w układach filtracji napięcia zasilania i jako
kondensatory sprzęgające w układach małej częstotliwości. Kondensatory elektrolityczne mają
duŜe wartości pojemności znamionowej (1 ÷ 47000 µF), a zakres napięć roboczych od 6,3 V
do 450 V. Tolerancje kondensatorów elektrolitycznych mają bardzo duŜe wartości sięgające (
– 10 ÷ +100 % dla aluminiowych, ±30 % dla tantalowych). Długotrwała praca kondensatora
przy napięciu większym niŜ napięcie znamionowe powoduje zmianę pojemności kondensatora
lub jego uszkodzenie. Wadą tych kondensatorów jest duŜy współczynnik strat tgδ (aluminiowe
– do 0,5; tantalowe – do 0,2) i duŜy prąd upływowy Iu, którego wartość rośnie ze wzrostem
temperatury oraz duŜa indukcyjność własna (zwłaszcza kondensatorów aluminiowych).
Kondensatory elektrolityczne mają oznaczoną biegunowość. Zamiana biegunów (elektrod)
podczas montaŜu kondensatora moŜe spowodować jego zniszczenie.

14
Oznaczenia kondensatorów stałych
Kondensatory, tak jak i rezystory, mogą być oznaczane cyfrowo, literowo – cyfrowo lub
za pomocą kodu barwnego (głównie kondensatory miniaturowe). Systemy oznaczeń są bardzo
róŜne i zaleŜne od rodzaju kondensatora i producenta tego elementu. Pewne typy
kondensatorów mają swoje systemy oznaczeń parametrów, a do najpopularniejszych
kondensatorów naleŜą: zwijkowe (z tworzyw sztucznych), ceramiczne i elektrolityczne.
Oznaczenia kondensatorów zwijkowych i ceramicznych, umieszczane na korpusie, są w
pewnym zakresie podobne i zawierają następujące dane:
− kategoria klimatyczna (w zwijkowych nie umieszczana),
− pojemność znamionowa w pF, nF i µF (dotyczy tylko zwijkowych) – w zapisie skróconym
litery p, n, µ uŜywane są jako przecinki,
− tolerancja pojemności w % lub w zapisie skróconym literowo (B – ±0,1%, C – ±0,25%, D
– ±0,5%, F – ±1%, G – ±2%, J – ±5%, K – ±10%, M – ±20%, N – ±30%),
− napięcie znamionowe w V lub małymi literami (m – 25 V, l – 40 lub 50 V, a – 63 V, b –
100 V, c – 160 V, d – 250 V, e – 400V, f – 600 V, h – 1000V, i – 1600 V).
Kondensatory ceramiczne są produkowane z róŜnych materiałów o róŜnym współczynniku
αC, który moŜe przybierać wartość dodatnią lub ujemną. Materiał dielektryka oznacza się literą
wskazującą znak αC (N – ujemny, P – dodatni, NPO – zerowy) i liczbą wyraŜającą nominalną
wartość modułu αC.
Ponadto w kondensatorach ceramicznych stosuje się równieŜ skrócony 3 – cyfrowy zapis
wartości znamionowej pojemności. Pierwsza i druga cyfra oznaczają wartość (najczęściej z
szeregu E6), a trzecia wykładnik potęgi liczby 10. Po przemnoŜeniu dwucyfrowej wartości
przez 10 (podniesione do odpowiedniej potęgi) otrzymujemy wartość CN wyraŜoną w pF.
Przykłady:
P100 / 101 – αC = +100·10 – 6
/°C i CN = 100 pF,
NPO / 222 – αC = 0·10 – 6
/°C i CN = 2,2 nF, N33
/ 473 – αC = – 33·10 – 6
/°C i CN = 47 nF.
Pełne oznaczenia kondensatorów elektrolitycznych obejmują następujące dane: znak
producenta, typ kondensatora, pojemność znamionowa w µF, napięcie znamionowe w V, data
produkcji. Kondensatory elektrolityczne aluminiowe (02/T – z wyprowadzeniami osiowymi,
04/U – z wyprowadzeniami równoległymi) oraz elektrolityczne tantalowe (196D – z
elektrolitem stałym i ETO – z elektrolitem ciekłym) o małych rozmiarach pozbawione są
oznaczeń kategorii klimatycznej i daty produkcji.
Kondensatory zmienne
Kondensatory o zmiennej pojemności są to kondensatory z dielektrykiem powietrznym
(symbol: AM, FM) lub kondensatory ceramiczne (dostrojcze) zwane trymerami (symbol: TCP).
Kondensatory te składają się z dwu zespołów płytek (lub pojedynczych płytek) zwanych
statorem i rotorem, które zmieniając swe połoŜenie powodują zmianę wartości pojemności
kondensatora. Charakter zmian pojemności kondensatora zaleŜy od kształtu płytek rotora i
statora.
Kondensatory obrotowe mają pojemności mniejsze niŜ 500 pF, natomiast kondensatory
nastawne, zwane trymerami, mają pojemności mniejsze niŜ 100 pF.

15
Sprawdzanie i pomiary parametrów kondensatorów
Najczęściej spotykanym uszkodzeniem kondensatorów jest przebicie elektryczne po
przyłoŜeniu zbyt duŜego napięcia do okładek kondensatora. Uszkodzeniu ulega dielektryk i
okładki zwierają się ze sobą. Uszkodzenie to moŜna łatwo wykryć za pomocą omomierza, który
wskaŜe w tym przypadku zwarcie.
W kondensatorze moŜe pojawić się „przerwa”, spowodowana urwaniem się
wyprowadzenia od okładki wewnątrz kondensatora (ceramiczne i zwijkowe) lub wyschnięciem
elektrolitu (elektrolityczne z elektrolitem ciekłym). W tym przypadku sprawdzenie sprawności
kondensatora jest trudniejsze.
W przypadku duŜych pojemności (powyŜej 100 µF) kondensator moŜna sprawdzić za
pomocą omomierza, przez który popłynie malejący wykładniczo prąd ładowania kondensatora.
JeŜeli kondensator jest sprawny, to omomierz powinien rozpocząć wskazania od zwarcia do
przekroczenia zakresu miernika. Gdy zmiany wskazań następują zbyt szybko, to naleŜy
odpowiednio zwiększyć zakres pomiarowy omomierza. Ponadto moŜna porównać szybkość
zmian wskazań miernika występującą w przypadku uŜycia badanego oraz wzorcowego
kondensatora. Szybsze zmiany (na tym samym zakresie) wskazują mniejszą wartość
pojemności.
Cewki indukcyjne i dławiki
Cewka indukcyjna, będąca dwójnikiem elektrycznym w postaci zwojnicy, składa się z
uzwojenia, korpusu oraz rdzenia (magnetowodu). MoŜliwe symbole graficzne cewek
przedstawiono na rysunku 8.
Rys. 8. Symbole graficzne cewek indukcyjnych [www.cyfronika.com.pl]
Cewki są stosowane w obwodach rezonansowych, filtrach, jako elementy sprzęgające oraz
jako dławiki w układach wielkiej lub małej częstotliwości.
Dławik jest to cewka nieprzestrajana, z rdzeniem ferromagnetycznym o nieliniowej
charakterystyce magnesowania rdzenia. Jest to element o duŜej indukcyjności własnej, którego
zadaniem jest eliminowanie lub tłumienie składowej zmiennej sygnału w obwodzie. Zwykle
współpracuje on z kondensatorami, tworząc filtry dolnoprzepustowe. W zaleŜności od
częstotliwości pracy, wyróŜniamy dławiki małej i wielkiej częstotliwości.
Dławiki wykonuje się z cieńszego drutu niŜ cewki indukcyjne (ich średnica wynosi od 0,05
do 0,1 mm), gdyŜ ich rezystancja odgrywa drugorzędną rolę.
Rodzaje, parametry i oznaczenia cewek
Ze względu na sposób wykonania cewki dzielimy na:
− powietrzne: stosowane w zakresie duŜych częstotliwości, a w przypadku bardzo duŜej
częstotliwości cewki mają postać odcinka drutu lub ścieŜki drukowanej,

16
− rdzeniowe: stosowane tam, gdzie wymagana jest duŜa wartość indukcyjności lub jej
przestrajanie. Cewki nawijane są na korpusy z tworzywa sztucznego, wewnątrz których
znajdują się rdzenie ferromagnetyczne lub niemagnetyczne rdzenie mosięŜne.
Podstawowymi parametrami cewki są:
− indukcyjność własna – L w [µH] lub [mH],
− rezystancja cewki – rL w [Ω].
W urządzeniach elektronicznych i elektrycznych są stosowane róŜnorodne cewki.
Większość z nich jest charakterystyczna tylko dla konkretnego typu urządzenia, ale są równieŜ
cewki typowe występujące w wielu urządzeniach i zawierające pewne charakterystyczne
oznaczenia (dotyczy to głównie cewek ekranowanych). Cewki takie często łączone są z
kondensatorami tworząc układy filtrów zamknięte w jednej obudowie o rozmiarach 7x7 lub
12x12.
Sprawdzanie i pomiar indukcyjności cewek indukcyjnych
Cewki rzadko ulegają uszkodzeniom spowodowanym przez prąd elektryczny (za
wyjątkiem cewek duŜej mocy lub wysokonapięciowych). JeŜeli podejrzewamy, Ŝe cewka jest
uszkodzona to najpierw naleŜy sprawdzić czy nie jest pęknięty rdzeń, korpus lub osłona
ekranująca, a następnie sprawdzić omomierzem czy uzwojenia nie są przerwane albo zwarte ze
sobą lub z osłoną ekranującą. Mogą wystąpić w cewce równieŜ zwarcia międzyzwojowe.
Przerwę w obwodzie moŜna łatwo wykryć za pomocą omomierza, natomiast wykrycie
zwarcia całkowitego lub częściowego jest uzaleŜnione od czułości omomierza. Po zmierzeniu
rezystancji rL badanej cewki moŜna wynik pomiaru porównać z wartością katalogową lub
zmierzoną wartością rL cewki wzorcowej.
Dokładny pomiar indukcyjności moŜna wykonać za pomocą: uniwersalnych mierników
cyfrowych (w ograniczonym zakresie indukcyjności), specjalizowanych, mostkowych
mierników (testerów) RLC.
4.1.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jaka jest budowa i właściwości oporników drutowych, warstwowych i objętościowych?
2. Jakie są najwaŜniejsze parametry uŜytkowe oporników liniowych stałych?
3. Jakie są wartości znamionowe oporników w szeregu E6, a jakie w E12?
4. Jaki kod barwny będzie miał opornik w szeregu E24 o wartości znamionowej 91Ω?
5. Czym się róŜni potencjometr od opornika?
6. Jakie wyróŜniamy rodzaje potencjometrów i gdzie je stosujemy?
7. Czym charakteryzuje się termistor CTR?
8. Co to jest współczynnik β warystora?
9. Jakie typy kondensatorów stosuje się w obwodach rezonansowych w zakresie wysokich
częstotliwości?
10. Jak dzielimy kondensatory ze względu na zastosowany dielektryk?
11. W jaki sposób oznaczamy kondensatory?
12. Czym róŜni się kondensator elektrolityczny od kondensatora wykonanego z tworzywa
sztucznego?

17
13. Co to jest trymer?
14. Jak sprawdzić sprawność kondensatora o pojemności 1mF za pomocą omomierza?
15. Na czym polega róŜnica między cewkami indukcyjnymi a dławikami?
16. Jakie są podstawowe parametry cewek indukcyjnych?
17. W jaki sposób moŜna regulować indukcyjność w cewkach?
4.1.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Rozpoznaj spośród przedstawionych elementów opornik oraz odczytaj i sprawdź wartość
jego rezystancji znamionowej i tolerancję.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) ustalić kolory występujące na obudowie elementu elektronicznego,
2) stwierdzić po obudowie oraz po kolorach i układzie pasków, który z elementów jest
opornikiem,
3) ustalić, po której stronie znajduje się pasek tolerancji rezystancji badanego opornika,
4) rozszyfrować wartość znamionową rezystancji,
5) odczytać zakodowaną wartość tolerancji opornika,
6) zweryfikować odczyt, poprzez sprawdzenie, czy odczytana wartość mieści się w szeregu
wynikającym z odczytanej tolerancji,
7) zmierzyć omomierzem rzeczywistą wartość rezystancji,
8) obliczyć względną róŜnicę między zmierzoną wartością rezystancji a rezystancją
znamionową,
9) porównać, wyraŜoną w %, obliczoną w punkcie 8 róŜnicę z tolerancją opornika podaną
przez producenta.
WyposaŜenie stanowiska pracy:
− zestaw oporników,
− omomierz,
− kalkulator, zeszyt do ćwiczeń, przybory do psania,
− literatura zgodna z punktem 6 poradnika.
Ćwiczenie 2
Dokonaj pomiaru rezystancji potencjometru metodą techniczną i porównaj ją z rezystancją
znamionową tego potencjometru.
1) odczytać rezystancję znamionową potencjometru,

18
2) ustalić końcówki potencjometru między którymi naleŜy mierzyć rzeczywistą rezystancję
potencjometru,
3) ustalić właściwą metodę pomiaru,
4) narysować układ pomiarowy,
5) zbudować układ pomiarowy z dostępnych elementów,
6) obliczyć względną róŜnicę między zmierzoną wartością rezystancji a rezystancją
znamionową.
− potencjometry,
− zasilacz
− amperomierz, woltomierz,
− kalkulator, zeszyt do ćwiczeń, przybory do pisania,
Ćwiczenie 3
Rozpoznaj spośród przedstawionych elementów warystor oraz odczytaj wartości jego
parametrów na podstawie oznaczeń.
1) stwierdzić po kształcie obudowy i oznaczeniach na obudowie, który z elementów jest
warystorem,
2) określić rodzaj obudowy warystora,
3) odczytać zakodowaną wartość napięcia charakterystycznego, 4) odczytać zakodowaną
wartość współczynnika nieliniowości, 5) odczytać zakodowaną wartość mocy
znamionowej.
− zestaw elementów elektronicznych,
− zeszyt do ćwiczeń oraz przybory do pisania,
Ćwiczenie 4
Rozpoznaj po oznaczeniach literowo-cyfrowych i wyglądzie kondensator elektrolityczny
aluminiowy (spośród kilku przedstawionych), podaj jego pojemność i napięcie znamionowe,
prąd upływowy, tangens kąta stratności oraz dokonaj za pomocą omomierza cyfrowego
pomiarów sprawdzających jego sprawność.

19
1) dokonać wyboru określonego typu kondensatora na podstawie wyglądu zewnętrznego,
2) odczytać cechy i parametry wybranego kondensatora na podstawie oznaczeń naniesionych
na jego obudowie,
3) poszukać w załączonym katalogu opisu wybranego kondensatora,
4) odczytać pozostałe parametry z katalogu,
5) sprawdzić za pomocą omomierza, czy okładki kondensatora nie są wewnętrznie zwarte ze
sobą,
6) sprawdzić, czy kondensator przeładowuje się po zmianie polaryzacji przyłoŜonego
napięcia.
− zestaw kilkunastu kondensatorów róŜnych typów róŜniących się parametrami,
− katalog kondensatorów,
− cyfrowy miernik uniwersalny,
− kalkulator,
− zeszyt do ćwiczeń i długopis,
Ćwiczenie 5
Zbadaj czy uszkodzony jest filtr 12x12 poprzez oględziny rdzenia i korpusu filtru oraz
sprawdzając indukcyjność cewek i pojemność kondensatorów w badanym filtrze.
1) dokonać oględzin obudowy filtru,
2) wykręcić rdzeń,
3) odczytać ze schematu ideowego filtru parametry cewek i kondensatorów,
4) zmierzyć „przejścia” przez cewki i brak ewentualne zwarcia kondensatorów za pomocą
omomierza,
5) zmierzyć indukcyjności cewek i pojemności kondensatorów,
6) porównać zmierzone parametry z wartościami przedstawionymi na schemacie ideowym,
7) ocenić sprawność filtru.
− kilka filtrów typu 12x12,
− schematy ideowe i katalogi filtrów,
− tester elementów RLC,
− kalkulator,
− zeszyt do ćwiczeń i długopis,

20
4.1.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie 1)
opisać budowę i właściwości oporników?
2) wymienić parametry uŜytkowe oporników liniowych stałych? 3)
wymienić wartości znamionowe oporników z szeregu E6 i E12? 4)
określić czym się róŜni potencjometr od opornika?
5) opisać rodzaje potencjometrów i ich zastosowanie? 6) opisać czym
charakteryzuje się termistor CTR?
7) zdefiniować parametry warystora?
8) rozróŜnić typy kondensatorów ze względu na ich wygląd?
9) określić jak dzielimy kondensatory ze względu na zastosowany dielektryk?
10) odczytać parametry kondensatorów na podstawie oznaczeń na ich obudowie?
11) sprawdzić sprawność kondensatora?
12) określić na czym polega róŜnica między cewkami indukcyjnymi a dławikami?
13) określić jakie są podstawowe parametry cewek indukcyjnych? 14) opisać
w jaki sposób moŜna regulować indukcyjność w cewkach?
4.2. Aktywne elementy elektroniczne
Złącze P – N i jego polaryzacja
Złączem nazywamy połączenie dwóch kryształów ciała stałego w taki sposób, Ŝe tworzą
one ze sobą ścisły kontakt. W elektronice najczęściej wykorzystywane są złącza: metal –
półprzewodnik i półprzewodnik–półprzewodnik, którym w większości przypadków jest krzem.
W momencie połączenia półprzewodnika typu P (gdzie nośnikami prądu są „dziury”) z
półprzewodnikiem typu N (gdzie nośnikami prądu są elektrony) powstaje złącze P – N.
Przez pojęcie polaryzacji rozumiemy stan, jaki następuje w złączu pod wpływem
przyłoŜenia z zewnątrz róŜnych potencjałów do obydwu obszarów półprzewodnika.
JeŜeli do półprzewodnika typu P przyłoŜymy potencjał dodatni, a do półprzewodnika typu
N potencjał ujemny, to mówimy, Ŝe złącze jest spolaryzowane w kierunku przewodzenia, co
oznacza bardzo dobre przewodzenie prądu elektrycznego. W przeciwnym wypadku mówimy,
Ŝe złącze jest spolaryzowane w kierunku zaporowym i złącze takie prawie wcale nie przewodzi
prądu.
Diody prostownicze
Diodą prostowniczą nazywamy element półprzewodnikowy zawierający jedno złącze P –
N z dwiema końcówkami wyprowadzeń. Diody prostownicze są przeznaczone do prostowania
prądu przemiennego małej częstotliwości. Są one głównie stosowane w układach
prostowniczych urządzeń zasilających układów elektronicznych.

21
Diody prostownicze spolaryzowane zaczynają przewodzić (następuje gwałtowny wzrost
prądu) dopiero po przekroczeniu pewnej wartości napięcia w kierunku przewodzenia. Dla diod
krzemowych wynosi ona ok. 0,7 V, a dla germanowych ok. 0,3 V. Symbol graficzny diody
prostowniczej pokazano na rysunku 9a, natomiast jej charakterystykę prądowo – napięciową na
rysunku 9b. Napięcie i prąd na osiach współrzędnych oznaczone indeksem F wskazują kierunek
przewodzenia diody, natomiast oznaczone indeksem R kierunek zaporowy. Elektroda „+”
(anoda) pokazana na rysunku 9 połączona jest z półprzewodnikiem typu P, a elektroda „–”
(katoda) z półprzewodnikiem typu N.
a) b)
(+)
( – )
Rys. 9. Diody prostownicza: a) symbol graficzny, b) charakterystyka prądowo – napięciowa [4, s. 83]
Oznaczenia i wygląd diod prostowniczych
Oznaczenia i wygląd diod prostowniczych zmieniają się w zaleŜności od producenta, mocy
i napięcia występującego w urządzeniach zawierających te elementy oraz od ich konstrukcji i
przeznaczenia.
Przykładowo diody prostownicze mogą mieć następujące oznaczenia:
− typowe diody małej mocy: BYP 401, BYP 660R,
− typowe diody małej i średniej mocy: BYP 680R,
− diody wysokonapięciowe: BAYP 50, BAYP 350.
W oznaczeniach diod moŜna rozpoznać pewne prawidłowości:
− pierwsza litera oznacza materiał półprzewodnikowy A – german, B – krzem,
− druga litera Y oznacza diody prostownicze,
− litera R umieszczona na końcu oznacza, Ŝe anoda diody znajduje się na obudowie diody,
− cyfry poprzedzone znakiem „–” określają maksymalne napięcie wsteczne wyraŜone
w woltach, Przykład:
BYP 401–600R oznacza diodę prostowniczą małej mocy o napięciu wstecznym 600 V i anodą
na obudowie.
Niektórzy producenci oznaczają diody symbolem 1Nxxxxx, przy czym interpretacja
pozostałych znaków tego symbolu ustalona jest przez producenta.
IF
UR
URWM
I0
0
UF(I0) UF
IR
IR U( RWM)

22
Parametry diod prostowniczych Parametry
charakterystyczne:
− napięcie progowe U(TO), poniŜej którego prąd przewodzenia ma bardzo małą wartość (0,2
V dla germanowych i 0,6 V dla krzemowych),
− napięcie przebicia U(BR) lub powtarzalne szczytowe napięcie wsteczne URRM przyjmowane
jako 0,8 napięcia przebicia (od kilku woltów do kilku kilowoltów),
− napięcie przewodzenia UF (rys.9) przy określonym prądzie przewodzenia I0,
− prąd wsteczny IR (rys. 9) przy określonym napięciu w kierunku zaporowym. Parametry
graniczne:
− dopuszczalny średni prąd przewodzenia IF(AV) jaki moŜe przepływać przez diodę w kierunku
przewodzenia (od dziesiątek miliamperów do kilku kiloamperów),
− szczytowe napięcie wsteczne URWM (rys. 9), powyŜej którego dioda moŜe ulec
uszkodzeniu,
− maksymalne straty mocy Ptotmax przy danej temperaturze otoczenia diody (najczęściej 25°C),
które mieszczą się w przedziale od kilkuset miliwatów do kilku kilowatów.
Diody stabilizacyjne (diody Zenera)
Diody te są przeznaczone do stabilizacji lub ograniczania napięcia. Są one głównie
stosowane w urządzeniach zasilających jako elementy stabilizatorów napięcia oraz jako źródła
napięć odniesienia i ograniczniki amplitudy w innych układach elektronicznych.
Diody stabilizacyjne pracują przy polaryzacji w kierunku zaporowym, charakteryzując się
niewielkimi zmianami napięcia pod wpływem duŜych zmian prądu. Symbol graficzny diody
Zenera jest zamieszczony poniŜej na rys. 10a. Działanie diody stabilizacyjnej najlepiej
pokazuje charakterystyka prądowo – napięciowa przedstawiona na rysunku 10b.
a) b)

23
Rys. 10. Symbol graficzny diody stabilizacyjnej oraz charakterystyka I = f(U) diody stabilizacyjnej [4, s.
84]
Oznaczenia i wygląd diod stabilizacyjnych
Oznaczenia i wygląd diod stabilizacyjnych zmieniają się w zaleŜności od mocy i napięcia
stabilizacji diody oraz od ich konstrukcji i przeznaczenia.
Przykładowo diody stabilizacyjne mogą mieć następujące oznaczenia:
− typowe diody Zenera: BZAP 30, BZP 650,
− diody Zenera do układów hybrydowych: BZX 84,
− diody skompensowane temperaturowo: BZY 566 – wykorzystują one temperaturową
stabilność napięcia Zenera w wąskim zakresie od 6,08V do 6,72V,
− diody układów elektronicznego zapłonu: BZYP 01.
W oznaczeniach tych diod moŜna rozpoznać pewne prawidłowości:
− pierwsza litera oznacza materiał półprzewodnikowy, najczęściej B – krzem,
− druga litera Z oznacza diody stabilizacyjne (diody Zenera),
− litera poprzedzona znakiem „–” określa tolerancję napięcia stabilizacji: A – 1%, B – 2%, C
– 5%, D – 10%, E – 15%,
− po tej literze następują cyfry określające wartość znamionowego napięcia stabilizacji w
woltach, a jeŜeli napięcie to jest liczbą ułamkową, to zamiast przecinka stosuje się literę
V,
− litera R umieszczona na końcu oznacza, Ŝe anoda diody znajduje się na obudowie diody,
a polaryzacji normalnej (obudowa połączona z katodą) nie oznacza się.
Przykład: BZP 683 – C5V1 oznacza diodę stabilizacyjną małej mocy o napięciu stabilizacji
równym 5,1 V z dokładnością 5%.
Parametry diod stabilizacyjnych Parametry
charakterystyczne:
− napięcie stabilizacji UZ (zwane równieŜ napięciem Zenera),
− napięcie przewodzenia UF przy określonym prądzie przewodzenia I0,
− prąd wsteczny IR przy określonym napięciu w kierunku zaporowym,
− rezystancja dynamiczna rz jaką stanowi dioda w zakresie stabilzacji,
− temperaturowy współczynnik napięcia stabilizacji αuz.
Parametry graniczne:
− maksymalny prąd stabilizacji IZmax, płynący przez diodę podczas stabilizacji napięcia,
− maksymalne straty mocy Ptotmax przy danej temperaturze otoczenia diody.
Wyznaczanie charakterystyk prądowo – napięciowych diod półprzewodnikowch
Charakterystyki prądowo – napięciowe umoŜliwiają wyznaczenie następujących
parametrów diod półprzewodnikowych: napięcia przewodzenia UF, napięcia stabilizacji UZ i
rezystancję dynamicznej diod Zenera rz.
Najprostszą metodą wyznaczania charakterystyk diod jest metoda „punkt po punkcie”,
której układy pomiarowe pokazano na rysunkach 11 i 12.

24
Rys. 11. Układ pomiarowy do wyznaczania charakterystyki prądowo – napięciowej zarówno diody prostowniczej
jak i diody Zenera (w zakresie przewodzenia) [www.cyfronika.com.pl]
Wyniki naleŜy zapisać w karcie pomiarowej zawierającej tabelę 2.
Tabela 2. Karta pomiarowa do badania diod spolaryzowanych w kierunku przewodzenia [opracowanie własne]
Dioda prostownicza (lub stabilizacyjna) typ:.................... – kierunek przewodzenia
UF [V]
IF [mA]
Rys. 12. Układy pomiarowe do wyznaczania charakterystyki prądowo – napięciowej w zakresie zaporowym
[www.cyfronika.com.pl]
Wyniki naleŜy zapisać w karcie pomiarowej zawierającej tabelę 3.
Tabela 3. Karta pomiarowa do badania diod spolaryzowanych w kierunku zaporowym [opracowanie własne]
Dioda prostownicza (lub stabilizacyjna) typ:.................... – kierunek zaoporowy
UR [V]
IR [mA lub µA]

25
Sprawdzanie sprawności diod półprzewodnikowych
Przyczyną elektrycznego uszkodzenia diody jest przekroczenie dopuszczalnych wartości
prądów i napięć. Uszkodzenia mechaniczne polegające na stłuczeniu lub ułamaniu obudowy,
czy złamaniu końcówki wynikają najczęściej z zaginania końcówek zbyt blisko obudowy.
Uszkodzenia w diodzie moŜna łatwo wykryć omomierzem wyposaŜonym w źródło
napięcia o wartości 1,5 V. Badaną diodę naleŜy wylutować z układu (wystarczy odlutować
tylko jedną końcówkę) i sprawdzić jaka jest wartość rezystancji w obu kierunkach. Wartość
rezystancji w kierunku zaporowym (plus omomierza na katodzie) jest bardzo duŜa i często
przekracza maksymalne zakresy miernika. Natomiast w kierunku przewodzenia (plus
omomierza na anodzie) wartość rezystancji jest znacznie mniejsza chociaŜ trudna do
określenia. Rezystancja w kierunku przewodzenia zaleŜy od kształtu charakterystyki diody oraz
rodzaju i zakresu omomierza. Oznacza to, Ŝe w zmieniając typ lub zakres miernika, a takŜe
samą diodę na inny egzemplarz tego samego typu, otrzymamy róŜne wartości rezystancji diody
w kierunku przewodzenia.
Badanie diody Zenera moŜna przeprowadzić analogicznie do badania sprawności diody
prostowniczej pod warunkiem, Ŝe napięcie stabilizacji jest większe niŜ napięcie źródłowe
omomierza. JeŜeli podczas sprawdzania rezystancji diody w obu kierunkach omomierz
wskazuje „zwarcie” to oznacza przebicie elektryczne złącza; a jeŜeli omomierz wskazuje
„rozwarcie” to oznacza przerwę mechaniczną wewnątrz diody.
Obecnie cyfrowe mierniki uniwersalne wyposaŜone są w układy do badania spadku
napięcia na złączu PN. Miernik musimy przestawić na tryb oznaczony i przyłoŜyć do
końcówek diody przewody miernika. JeŜeli „minus” miernika jest przyłączony do katody, to
miernik wskaŜe wartość spadku napięcia w mV; a jeŜeli odwrotnie to miernik wskaŜe
przekroczenie zakresu.
Podział i budowa tranzystorów bipolarnych
Tranzystory naleŜą do grupy elementów półprzewodnikowych (wzmacniających i
przełączających o regulowanym przepływie prądu. Ze względu na zasadę działania dzielimy je
na: bipolarne i unipolarne.
Ze względu na wydzielaną moc, tranzystory dzielimy na:
− małej mocy: do 0,3 W,
− średniej mocy: do 5 W,
− duŜej mocy: powyŜej 5 W, nawet do 300 W.
Ze względu na maksymalną częstotliwość pracy, tranzystory dzielimy na:
− małej częstotliwości: do kilkudziesięciu MHz,
− wielkiej częstotliwości: nawet do kilku GHz.
Tranzystory bipolarne są najczęściej wykonywane z krzemu. Ze względu na kolejność
ułoŜenia warstw półprzewodnika rozróŜniamy tranzystory typu NPN i PNP. KaŜda z tych
warstw (obszarów) ma swoją nazwę: baza – B, emiter – E, kolektor – C. Strukturę wewnętrzną
oraz symbole graficzne
(wraz z
wypowadzeniami) obydwu typów tranzystorów bipolarnych przedstawiono na rysunku 17.
E B C E B C

26
E C
B
E C
B
tranzystor PNP tranzystor NPN
Rys. 14. Struktura i symbole graficzne tranzystorów bipolarnych [www.edw.com.pl]
Zasada działania tranzystora bipolarnego
Działanie tranzystora bipolarnego wyjaśnimy na przykładzie takiej polaryzacji tranzystora,
przy której złącze emiter – baza jest spolaryzowane w kierunku przewodzenia, a złącze baza –
kolektor spolaryzowane w kierunku zaporowym. Stan taki jest zapewniony, gdy spełniona jest
następująca zaleŜność między potencjałami na poszczególnych elektrodach:
− dla tranzystora NPN VE < VB < VC,
− dla tranzystora PNP VE > VB > VC.
Rys. 15. Rozkład napięć i rozpływ prądów tranzystora bipolarnego przy polaryzacji normalnej [4, s.93]
Oznaczenia rozpływu prądów w tranzystorze i spadków napięć na nim są następujące: IB –
prąd bazy, IC – prąd kolektora, IE – prąd emitera, UCE – napięcie kolektor – emiter, UBE –
napięcie baza – emiter, UCB – napięcie kolektor – baza, VE – potencjał emitera, VB – potencjał
emitera, VC – potencjał kolektora. Między prądami poszczególnych elektrod tranzystora
zachodzą następujące związki:
β= IC
IB
IE =IC +IB
n p np n pE C
B
B
E C

27
gdzie:
IE – prąd emitera [A] lub [mA], IC – prąd kolektora [A] lub [mA], IB – prąd bazy [mA] lub [µA],
β – współczynnik wzmocnienia prądowego tranzystora (mieści się w granicach od 20 do 850).
Układy i stany pracy tranzystora bipolarnego
ZaleŜnie od doprowadzenia i wyprowadzenia sygnału rozróŜniamy trzy sposoby włączenia
tranzystora do układu (rys. 16):
− układ ze wspólnym emiterem OE (WE),
− układ ze wspólną bazą OB (WB), −
układ za wspólnym kolektorem OC
(WC).
WE WB WC
C E C E
B B
E B C
Rys. 16. Układy pracy tranzystorów bipolarnych [95]
Tranzystor składa się z dwóch złączy P – N, które mogą być spolaryzowane w kierunku
przewodzenia jak i w kierunku zaporowym. W związku z tym wyróŜniamy cztery stany pracy
tranzystora przedstawione w tabeli 4.
Tabela 4. Stany pracy tranzystora bipolarnego [4, s.98]
Stan
tranzystora
Kierunki polaryzacji złączy tranzystora
złącze emiter
– baza
złącze kolektor
– baza
Zatkanie zaporowy zaporowy
Przewodzenie aktywne przewodzenia zaporowy
Nasycenie przewodzenia przewodzenia
Przewodzenie inwersyjne zaporowy przewodzenia

28
Tranzystor pracujący w układach wzmacniających musi być w stanie aktywnym, natomiast
w układach przełączających w stanie zatkania, nasycenia lub inwersyjnym.
Parametry i oznaczenia tranzystorów bipolarnych
Do podstawowych parametrów charakterystycznych tranzystora bipolarnego zaliczamy:
− współczynnik wzmocnienia prądowego β (lub h21E) tranzystora dla układu OE,
− częstotliwość graniczna tranzystora fT przy której współczynnik h21E spada do jedności,
− napięcie między kolektorem, a emiterem w stanie nasycenia UCEsat.
Do podstawowych parametrów granicznych tranzystora bipolarnego zaliczamy:
− dopuszczalna moc całkowita wydzielana w tranzystorze Ptot,
− maksymalne napięcie między kolektorem, a emiterem UCE0max,
− maksymalny dopuszczalny prąd kolektora ICmax,
− dopuszczalna temperatura złączy Tjmax.
Tranzystory bipolarne wykonywane są najczęściej z krzemu. PoniŜej przedstawiamy
przykładowe typy, oznaczenia i parametry tranzystorów krzemowych.
Tabela 5. Przykłady oznaczeń i parametrów tranzystorów krzemowych [opracowanie własne – róŜne katalogi]
Typ Symbol UCEmax
[V]
ICmax
[mA]
Ptot
[mW]
Grupa
h21E
h21E fT
[MHz]
Polaryzacja
małej mocy m.cz.
BC107 45 100 300
A
B
110÷240
200÷480 100 NPN
duŜej mocy m.cz.
BDP286 80 7000 25000 – 30÷200 10 PNP
małej mocy w.cz.
BF180 20 20 150 – 15 500 NPN
wysokonapięciowe
BU205 700 2500 10000 – 2 7,5 NPN
Sprawdzanie tranzystorów bipolarnych
Uszkodzenie tranzystora moŜe nastąpić pod wpływem tych samych czynników co w
diodzie półprzewodnikowej. Sprawdzenie sprawności tranzystora moŜna przeprowadzić w
podobny sposób jak w przypadku diody, za pomocą omomierza lub cyfrowego miernika
uniwersalnego nastawionego na pomiar napięcia na złączu PN. Sposób pomiaru i kontrolę
sprawności tranzystora pokazuje poniŜsza tabela 6.
Tabela 6. Rezystancje lub napięcia między elektrodami prawidłowo pracującego tranzystora bipolarnego
[opracowanie własne]
Tranzystor Badane
przejście
Biegun dodatni
miernika
Rezystancja
zmierzona
Napięcie złącza
PNP B – E E mała poniŜej 1 V
PNP B – E B bardzo duŜa lub duŜa poza zakresem
PNP B – C C mała poniŜej 1V

29
PNP B – C B bardzo duŜa lub duŜa poza zakresem
PNP E – C E bardzo duŜa poza zakresem
PNP E – C C bardzo duŜa lub mała róŜne
NPN B – E B mała poniŜej 1 V
NPN B – E E bardzo duŜa poza zakresem
NPN B – C B mała poniŜej 1 V
NPN B – C C bardzo duŜa poza zakresem
NPN E – C E bardzo duŜa lub mała róŜne
NPN E – C C bardzo duŜa poza zakresem
Tranzystory unipolarne
Tranzystor unipolarne (polowe) stosowane są w układach elektronicznych rzadziej niŜ
bipolarne. Tranzystory te mają kanał typu N lub P, który moŜe być wzbogacany lub zubaŜany.
Elektrody tych tranzystorów mają następujące nazwy i oznaczenia: źródło – S, bramka – G,
dren – D. W tranzystorach polowych w przepływie prądu biorą udział nośniki większościowe
jednego rodzaju – elektrony (N) lub dziury (P). Prąd moŜe płynąć przez kanał pomiędzy
źródłem i drenem, natomiast przewodnictwo tego kanału zaleŜy od napięcia bramka – źródło
UGS. Istnieje pewne napięcie UGSoff przy którym następuje odcięcie kanału i tranzystor przestaje
przewodzić. Ze względu na rodzaj sterowania kanałem i właściwości tranzystory unipolarne
dzielimy na złączowe (FET) i z izolowaną bramką (MOSFET). Symbole graficzne tranzystorów
złączowych pokazano na rysunku 17.
Rys. 17. Przykładowe symbole graficzne tranzystorów unipolarnych: a) FET – kanał N b) FET – kanał P
[4, s.122]
W zaleŜności od typu kanału i rodzaju tranzystora napięcie UGSoff moŜe być dodatnie lub
ujemne. JeŜeli załoŜymy, Ŝe UGS jest dodatnie gdy potencjał VG jest większy od VS, to
przewodzenie kaŜdego typu tranzystora unipolarnego moŜna przedstawić następująco.
Tabela 7. Warunki przewodnictwa róŜnych typów tranzystorów unipolarnych [opracowanie własne]
Typ tranzystora Tranzystor przewodzi dla:
FET z kanałem typu N – UGSoff < UGS < 0
FET z kanałem typu P 0 < UGS <+UGSoff
MOSFET z kanałem zubaŜanym typu N – UGSoff < UGS
MOSFET z kanałem wzbogacanym typu N +UGSoff < UGS
MOSFET z kanałem zubaŜanym typu P UGS <+UGSoff
MOSFET z kanałem wzbogacanym typu P UGS < – UGSoff

30
Parametry tranzystorów unipolarnych są analogiczne do bipolarnych, za wyjątkiem
napięcia odcięcia kanału UGSoff, które jest parametrem charakterystycznym.
Obudowy i oznaczenia tranzystorów bipolarnych i unipolarnych są podobne, przy czym
tranzystory MOSFET mają zwykle cztery końcówki. Tą czwartą końcówką jest tzw. podłoŜe
B, które w układach pracy prawie zawsze połączone jest ze źródłem S.
Przykład: tranzystor FET; BF245; Ptotmax=360 mW, UDSmax=30V, UGSoff=0,5÷8V, kanał N
Sprawdzanie tranzystorów unipolarnych
W przypadku tranzystorów unipolarnych typu FET naleŜy sprawdzić przejście między
drenem i źródłem (powinno istnieć w obydwie strony) i między źródłem lub drenem, a bramką.
Sprawdzanie tranzystorów typu MOSFET jest utrudnione ze względu na duŜą wraŜliwość tych
tranzystorów na ładunek elektrostatyczny wprowadzony na bramkę tranzystora poprzez ręce
lub narzędzia badającego. Jednak najpewniejszym sposobem sprawdzenia sprawności
tranzystora unipolarnego jest zbadanie jego własności wzmacniających lub przełączających w
danym układzie pracy.
Tyrystory
Tyrystor, zwany takŜe sterowaną diodą krzemową, składa się z 4 warstw półprzewodnika
PNPN. Trzy wyprowadzone na zewnątrz końcówki są dołączone do trzech warstw
półprzewodnika: anoda A do skrajnej warstwy P, katoda K do skrajnej warstwy N oraz trzecia
zwana bramką G do wewnętrznej warstwy N. Symbol graficzny tyrystora przedstawiono na
rysunku 18.
A
G
K
Rys. 18. Symbol graficzny tyrystora [opracowanie własne]
Działanie tyrystora przy polaryzacji w kierunku zaporowym jest takie same jak diody
prostowniczej, nazywamy ten stan stanem zaworowym. Natomiast przy polaryzacji w kierunku
przewodzenia (anoda połączona z biegunem „+” zasilania) tyrystor jest w stanie blokowania
(nie przewodzi prądu) lub w stanie przewodzenia (przewodzi prąd tak jak dioda prostownicza).
Stąd drugie określenie tyrystora – dioda sterowana.
W zaleŜności od sposobu przechodzenie tyrystora ze stanu przewodzenia do blokowania i
odwrotnie rozróŜniamy dwa podstawowe rodzaje tyrystorów: SCR i GTO.
Przejście tyrystora SCR (nazywanego inaczej konwencjonalnym lub triodowym) ze stanu
blokowania do stanu przewodzenia (włączenie tyrystora) następuje po przekroczeniu napięcia
progowego U(BO) nazywanego napięciem przełączania. Napięcie przełączania nie jest
parametrem tyrystora, poniewaŜ zaleŜy od wartości prądu IG wpływającego do bramki tyrystora
(im większe IG, tym mniejsze U(BO). Po włączeniu tyrystora jego obwód bramkowy moŜe być

31
przerwany. Istnieje równieŜ moŜliwość samoczynnego, niekontrolowanego załączenia
tyrystora podczas zbyt szybkiego narastania napięcia w stanie blokowania.
Wyłączenie tyrystora SCR, czyli przejście ze stanu przewodzenia w stan blokowania lub
zaworowy, wymaga zmniejszenia prądu anodowego tyrystora do wartości tzw. prądu
podtrzymania IH lub do zera poprzez zmianę polaryzacji napięcia anoda – katoda. W praktyce
na ogół wykorzystuje się ten drugi sposób.
W przypadku tyrystora GTO (inaczej nazywanego wyłączalnym) włączenie odbywa się tak
samo jak tyrystora konwencjonalnego, przy czym wymagana jest duŜa wartość dodatniego
impulsu prądu bramki oraz utrzymanie wpływającego do tyrystora prądu bramkowego przez
cały stan przewodzenia.
Aby przerwać przepływ prądu głównego tyrystora GTO, naleŜy do obwodu bramki
doprowadzić ujemny impuls prądu, natomiast zmniejszenie prądu anodowego tyrystora nie jest
wymagane.
Parametry i oznaczenia tyrystorów
Podstawowymi parametrami tyrystora są:
− maksymalne napięcie blokowania UDRM,
− powtarzalne szczytowe napięcie wsteczne URRM,
− maksymalna wartość skuteczna prądu przewodzenia IT(RMS),
− napięcie przełączające bramki UGT,
− prąd przełączający bramki IGT,
− prąd podtrzymania IH.
Przykład:
BTP128 – 400: UDRM = 400V, URRM = 4V, IT(RMS) = 8A, UGT = 4V, UGT = 45mA, IH = 5mA
Triaki
Triak jest trójzaciskowym, pięciowarstwowym, dwustanowym przyrządem
półprzewodnikowym, który zastępuje pod względem funkcjonalnym połączenie odwrotnie
równoległe dwóch tyrystorów jednokierunkowych. Symbol graficzny i charakterystyka
wyjściowa pokazane są na rysunku 19.
Rys. 19. Triak: a) symbol graficzny, b) charakterystyka wyjściowa [4, s.119]

32
Triak działa jako przełącznik mocy, sterujący przepływem prądu przemiennego (tzn.
przewodzi prąd w obu kierunkach oraz blokuje napięcie o dowolnej biegunowości). Posiada on
dwie elektrody obwodu głównego MT1 i MT2 oraz elektrodę sterującą G (bramkę). Elektroda
MT2 jest zwykle połączona z obudową przyrządu, a MT1 jest elektrodą odniesienia względem
której mierzone są wszystkie napięcia. Gdy do bramki G doprowadzimy dodatni lub ujemny
impuls napięciowy (zaleŜnie od wykonania struktury 5 – warstowej) triak przechodzi trwale w
stan przewodzenia, aŜ do momentu, gdy wartość prądu głównego zostanie zmniejszona przez
układ zewnętrzny do wartości mniejszej niŜ prąd podtrzymania
IH.
Parametry triaków są analogiczne jak dla tyrystorów. Natomiast oznaczenia triaków duŜej
mocy są takie same jak tyrystorów duŜej mocy za wyjątkiem pierwszej litery.
Przykłady: triak duŜej mocy – S 20–20–10–54,
triak średniej mocy – BTA – 12–600 (12 A, 600 V).
Sprawdzanie tyrystorów i triaków
Tyrystory ulegają uszkodzeniom tego samego rodzaju, co wszystkie elementy
półprzewodnikowe, tzn. przebiciom złączy. Typową przyczyną uszkodzeń tyrystorów jest
przegrzanie, w wyniku którego następuje pogorszenie parametrów tyrystora, przede wszystkim
jego czasu wyłączania.
Prawidłowość działania tyrystora moŜna sprawdzić w układzie wyposaŜonym w baterię
4,5 V, miliamperomierz i 2 rezystory 1 kΩ i 470 Ω. Biegun ujemny zasilacza łączymy z katodą
tyrystora; natomiast biegun dodatni łączymy z anodą przez rezystor 470 Ω, a przez 1kΩ i
ewentualnie przełącznik z bramką tyrystora. Przy odłączonej bramce tyrystor nie powinien się
włączyć i miliamperomierz nie powinien wskazywać przepływu prądu. Po podłączeniu bramki
do obwodu tyrystor powinien się włączyć i miliamperomierz powinien wskazywać przepływ
prądu rzędu kilku miliamperów.
W przypadku triaka procedura sprawdzania moŜe być analogiczna, przy czym nie ma
znaczenia biegunowość baterii zasilającej.
Dioda elektroluminescencyjna
Dioda elektroluminescencyjna jest źródłem promieniowania widzialnego (dioda LED,
zwana równieŜ diodą świecącą) oraz niewidzialnego promieniowania podczerwonego (dioda
IR). Dioda pracuje prawidłowo przy polaryzacji w kierunku przewodzenia. Długość fali
generowanego promieniowania zaleŜy od materiałów półprzewodnikowych, z których dioda
jest wykonana, takich jak: GaAs, GaP lub GaAsP o odpowiednim domieszkowaniu. Diody
emitują promieniowanie o barwach: niebieskiej, Ŝółtej, zielonej, pomarańczowej, czerwonej
oraz w zakresie podczerwieni. Spotyka się równieŜ diody świecące kilkoma kolorami.
W zaleŜności od zakresu emitowanego promieniowania, diody elektroluminescencyjne
moŜna stosować jako: wskaźniki optyczne, wskaźniki stanów logicznych (diody świecące) oraz
źródła promieniowania podczerwonego (diody IR) w systemach zdalnego sterowania, czy w
systemach alarmowych.

33
Rys. 20. Symbol graficzny diody LED lub IR [opracowanie własne]
Diody elektroluminescencyjne mają takie same parametry elektryczne jak inne diody, tj.
prąd przewodzenia (moŜe być ciągły lub impulsowy), napięcie przewodzenia, napięcie
wsteczne oraz moc strat, która wynosi od kilkudziesięciu do kilkuset mW.
Do parametrów optycznych diody zaliczamy:
− strumień energetyczny Pe (moc emitowana przez diodę) wyraŜony w W, którego wartość
rośnie ze wzrostem prądu przewodzenia i maleje ze wzrostem temperatury złącza,
− światłość JV (stosunek strumienia świetlnego do kąta bryłowego, w który dioda
wypromieniowuje ten strumień) wyraŜona w kandelach.
Talela 8. Przykładowa karta katalogowa diod elektroluminescencyjnych [pl.wikipedia.org]
Typ Barwa IFmax
[mA]
UF
[V]
Pe [mW]
(Je) [mW/sr]
Soczewka
CQP431 czerwona 30 2,0 1 czerwona matowa
CQP463 Ŝółta 30 3,0 0,6 Ŝółta przezroczysta
CQYP15 podczerwona 100 1,5 0,5 – – – – – – – –
Fotodetektory
Fotodetektory (zwane równieŜ odbiornikami fotoelektrycznymi) wykorzystują
wewnętrzne zjawisko fotoelektryczne do zmiany własnej przewodności pod wpływem
zaabsorbowanego przez półprzewodnik promieniowania elektromagnetycznego. Do
fotodetektorów zaliczamy: fotorezystory, fotodiody, fotoogniwa, fototranzystory,
fototyrystory.
Fotoodbiorniki moŜemy sprzęgać z diodami elektroluminescencyjnymi, w celu przesyłania
sygnałów na drodze optycznej. W ten sposób uzyskujemy przekazywanie sygnałów z jednego
układu do drugiego, przy galwanicznym odseparowaniu tych układów.
Tak powstały przyrząd nazywamy transoptorem (dioda i fotodetektor w róŜnych obudowach)
lub łączem optoelektronicznym (dioda i fotodetektor w jednej obudowie). Transoptor moŜe być
zamknięty (transmisja promieniowania następuje za pomocą światłowodu) lub otwarty
(transmisja następuje w powietrzu).
Fotodetektory, transoptory (rys. 21) i łącza optoelektroniczne znajdują zastosowanie m.in.
w układach automatyki, zdalnego sterowania, układach telekomunikacyjnych, urządzeniach
alarmowych, sygnalizacyjnych i kontrolno – pomiarowych.
a) b) c)

34
Rys. 21. Symbole graficzne: a) fotorezystora, b) fototranzystora, c)
fototranzystora z wyprowadzoną bazą [opracowanie własne]
Fotorezystor
Fotorezystorem nazywamy element półprzewodnikowy, w którym pod wpływem
oświetlenia następuje zmiana jego przewodności niezaleŜnie od kierunku przyłoŜonego
napięcia zewnętrznego.
Oświetlenie fotorezystora powoduje zwiększenie przepływającego prądu (zmniejszenie
rezystancji). Prądem fotoelektrycznym nazywamy róŜnicę między całkowitym prądem
płynącym przez fotorezystor i tzw. prądem ciemnym, płynącym przez fotorezystor przy braku
oświetlenia.
Podstawowymi parametrami fotorezystora są:
− czułość widmowa, czyli zaleŜność rezystancji od natęŜenia oświetlenia,
− rezystancja ciemna RD (przy braku oświetlenia), zawierająca się w przedziale 106
÷ 1012
Ω
− współczynnik n określany jako stosunek rezystancji ciemnej do rezystancji przy danej
wartości natęŜenia oświetlenia (np. 50 lx), sięgający kilku tysięcy.
Tabela 9. Przykładowa karta katalogowa fotorezystorów [pl.wikipedia.org]
Typ Umax [V] Pmax
[W]
RD
[MΩ]
n λ
[nm]
RPP111 <500 <0,1 >100 >2000 58–680
RPP333 <60 <0,05 >5 >2500 540–630
RPP550 <350 <0,6 >1 >5000 580–680
Fototranzystor
Fototranzystor jest to element półprzewodnikowy z dwoma złączami PN, który działa tak
samo jak konwencjonalny tranzystor, przy czym jego prąd kolektora nie zaleŜy od prądu bazy,
lecz od natęŜenia promieniowania oświetlającego obszar bazy.
W fototranzystorach końcówka bazy moŜe być wyprowadzona lub nie wyprowadzona na
zewnątrz obudowy. Pierwszy przypadek umoŜliwia niezaleŜne sterowanie optyczne i
elektryczne fototranzystorem.
Kształt charakterystyki prądowo-napięciowej fototranzystora jest identyczny z kształtem
charakterystyki konwencjonalnego tranzystora. Ze wzrostem temperatury złącza zwiększa się
prąd ciemny i prąd fotoelektryczny, a przy wzroście napięcia UCE rośnie tylko prąd ciemny.
Sprawdzanie elementów optoelektronicznych
Uszkodzenie elementów optoelektronicznych jest dość łatwe do stwierdzenia. Brak
świecenia diody LED moŜe być spowodowany przerwą wewnątrz obudowy lub jej
przegrzaniem. NaleŜy sprawdzić czy w czasie pracy na jej końcówkach jest napięcie
polaryzujące diodę w kierunku przewodzenia. Jeśli jest naleŜy wymienić diodę na nową.

35
Trudniej jest sprawdzić diodę IR, poniewaŜ promieniowanie podczerwone nie jest widoczne.
Do sprawdzenia naleŜy uŜyć odbiornika podczerwieni uprzednio sprawdzonego, którym
steruje badana dioda. Ponadto moŜna przeprowadzić badania sprawdzające takie same jak dla
diod prostowniczych.
Fotorezystor moŜna sprawdzić mierząc jego rezystancję przy róŜnych natęŜeniach światła.
JeŜeli rezystancja znacznie się zmienia to fotorezystor jest sprawny.
W podobny sposób moŜna sprawdzić fototranzystor mierząc (w stanie pracy) jego napięcie na
kolektorze przy róŜnych natęŜeniach światła. JeŜeli fototranzystor ma wyprowadzoną bazę to
moŜna przeprowadzić badanie tak samo jak w przypadku tranzystora bipolarnego.
1. Jakie są podstawowe parametry charakterystyczne diody prostowniczej?
2. Jakie są podstawowe parametry graniczne diody stabilizacyjnej?
3. Jakie informacje moŜna odczytać z oznaczenia diody BZP 683 – D12?
4. Co oznacza litera R umieszczona na końcu oznaczenia diody?
5. Jak sprawdzić sprawność diody prostowniczej lub stabilizacyjnej za pomocą cyfrowego
multimetru uniwersalnego?
6. Jakie funkcje mogą spełniać tranzystory i tyrystory w układzie elektronicznym?
7. Na czym polega róŜnica w działaniu tranzystorów bipolarnych i unipolarnych?
8. Jak nazywamy wyprowadzenia tranzystorów bipolarnych, a jak unipolarnych?
9. Jaka jest polaryzacja złączy tranzystora bipolarnego w stanie nasycenia?
10. Jaka jest definicja współczynnika β tranzystorów?
11. Jaka jest definicja napięcia odcięcia kanału tranzystora?
12. Jaki typ tranzystora unipolarnego przewodzi prąd dla dodatniego napięcia większego od
UGsoff?
13. Jakie wyróŜniamy stany pracy tyrystora?
14. Czym się róŜni w działaniu tyrystor SCR od GTO?
15. Jaka jest definicja parametru UDRM tyrystora?
16. W jaki sposób wyłączany jest triak?
17. Wymień, jakie są rodzaje elementów optoelektronicznych?
18. W oparciu o jakie zjawisko działają fotodetektory?
19. Jakie są podstawowe parametry diody elektroluminescencyjnej?
20. Gdzie mogą być stosowane elementy optoelektroniczne?
21. Jakie są podstawowe parametry fotodetektorów?
22. Jak sprawdzić prawidłowe diody LED?
4.2.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Wyznacz charakterystykę prądowo-napięciową określonej diody Zenera spolaryzowanej w
kierunku zaporowym i odczytaj z jej przebiegu parametry UZ i rz.

36
1) zaproponować układ pomiarowy do zbadania diody,
2) zbudować układ pomiarowy,
3) sporządzić tabelę do wpisywania wyników badań,
4) wyznaczyć metodą „punkt po punkcie” charakterystykę prądowo-napięciową diody,
5) narysować charakterystykę prądowo-napięciową diody na papierze milimetrowym,
6) odczytać z narysowanej charakterystyki wartości UZ i wartości rz,
7) porównać wyznaczony fragment charakterystyki diody i wyznaczone parametry diody z
danymi katalogowymi.
− zestaw przyrządów pomiarowych niezbędnych do wykonania pomiarów parametrów
elementów półprzewodnikowych metodą „punkt po punkcie” i instrukcje obsługi do tych
przyrządów,
− zasilacz regulowany,
− makieta z badaną diodą i przewody połączeniowe,
− stanowisko do badań diod półprzewodnikowych,
− zeszyt do ćwiczeń, papier milimetrowy i karta katalogowa badanej
diody, − ołówek, linijka, inne przyrządy kreślarskie, − literatura
zgodna z punktem 6 poradnika.
Ćwiczenie 2
Dokonaj pomiaru napięcia przewodzenia UF danej diody prostowniczej przy określonym
prądzie przewodzenia I0.
1) odczytać w karcie katalogowej wartość napięcia progowego danej diody,
2) zaproponować układ pomiarowy do zbadania napięcia przewodzenia diody, 3)
zbudować układ pomiarowy,
4) wymusić za pomocą potencjometru przepływ określonego prądu przez diodę, 5)
zmierzyć wartość spadku napięcia na diodzie.
− karty katalogowe diod prostowniczych,
− zasilacz regulowany,
− makieta z badaną diodą i przewody połączeniowe,
− amperomierz i woltomierz,
− zeszyt do ćwiczeń,

37
Ćwiczenie 3
Rozpoznaj elektrody tranzystora bipolarnego oraz sprawdź prawidłowość jego działania.
1) odczytać z karty katalogowej podstawowe parametry tranzystora,
2) dokonać wyboru przyrządu pomiarowego,
3) rozpoznać wyprowadzenie bazy tranzystora,
4) za pomocą wybranego przyrządu ustalić polaryzację tranzystora,
5) za pomocą wybranego przyrządu ustalić sprawność tranzystora,
6) na podstawie oględzin zewnętrznych ustalić wyprowadzenia emitera i kolektora,
7) rozpoznać, wykorzystując katalog, typ obudowy danego tranzystora,
8) sprawdzić, czy rozpoznanie wyprowadzeń badanego tranzystora jest zgodne z danymi
katalogowymi.
− badane tranzystory
− karty katalogowe badanych tranzystorów,
− uniwersalny miernik cyfrowy, −
zeszyt do ćwiczeń, przybory do
pisania,
Ćwiczenie 4
Określ warunki napięciowe przepływu prądu przez tranzystor unipolarny wskazany na
schemacie ideowym oraz kierunek przepływu tego prądu.
1) rozpoznać na podstawie symbolu graficznego typ tranzystora unipolarnego,
2) odczytać z karty katalogowej wartość napięcia odcięcia kanału danego tranzystora,
3) narysować układ polaryzacji tranzystora,
4) określić kierunek przepływu prądu przez tranzystor,
5) określić przedział napięć UGS dla których tranzystor będzie przewodził prąd.
− karty katalogowe badanych tranzystorów,
− schematy ideowe układów elektronicznych,
− zeszyt do ćwiczeń, przybory do pisania,

38
Ćwiczenie 5
Sprawdź prawidłowość działania triaka.
1) zapoznać się z danymi katalogowymi triaka,
2) zbudować układ pomiarowy zgodnie z instrukcją,
3) wybrać zakres pomiarowy miliamperomierza na podstawie danych katalogowych, 4)
dokonać pomiaru prądu płynącego w układzie pomiarowym, 5) ocenić sprawność działania
triaka.
− triak oraz zestaw oporników i potencjometrów do pomiaru parametrów elementów
elektronicznych,
− regulowany zasilacz napięcia DC,
− instrukcja do ćwiczenia,
− miliamperomierz DC,
− zeszyt do ćwiczeń, przybory do pisania,
Ćwiczenie 6
Sprawdź prawidłowość działania i parametry elektryczne określonej diody IR oraz jej
oddziaływanie na fotorezystor.
1) zaproponować metodę najprostszego zbadania sprawności diody IR w oparciu o urządzenia
i przyrządy pomiarowe przedstawione w instrukcji,
2) wykonać sprawdzanie sprawności diody,
3) zaproponować układ pomiarowy do sprawdzenia oddziaływania diody IR na fotorezystor,
4) zmontować układ pomiarowy,
5) wykonać pomiar,
6) oszacować, przy jakim prądzie przewodzenia diody (przy określonej odległości)
fotorezystor zaczyna reagować na promieniowanie diody,
7) narysować zaleŜność prądu płynącego przez fotorezystor (przy stałym napięciu zasilania)
od prądu płynącego przez diodę.
− nadajnik i odbiornik IR umieszczone na makiecie pomiarowej,

39
− zestaw mierników uniwersalnych,
− przewody połączeniowe,
− zeszyt do ćwiczeń i papier milimetrowy,
− kalkulator,
− ołówek, linijka, inne przyrządy kreślarskie,
4.2.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) określić warunki spolaryzowania diody w kierunku przewodzenia i
zaporowym?
2) zdefiniować parametry charakterystyczne diody prostowniczej lub
stabilizacyjnej? 3) odczytać oznaczenia katalogowe diod
półprzewodnikowych? 4) sprawdzić sprawność diody
półprzewodnikowej?
5) określić jakie funkcje spełniają tranzystory i tyrystory w układach elektronicznych?
6) opisać na czym polega róŜnica w działaniu tranzystorów
bipolarnych i unipolarnych?
7) określić konfigurację wyprowadzeń tranzystorów róŜnych typów?
8) określić jaka jest polaryzacja złączy tranzystora bipolarnego
w danym stanie pracy? 9) zdefiniować parametry podstawowe
tranzystorów?
10) opisać działanie tranzystora dla róŜnych warunków polaryzacji?
11) opisać stany pracy tyrystora?
12) rozróŜniać działanie tyrystora SCR od GTO? 13) zdefiniować parametry
tyrystorów i triaków?
14) opisać działanie triaka?
15) wymienić podstawowe rodzaje elementów optoelektronicznych? 16) okreslić
podstawowe parametry elementów optoelektronicznych? 17) wskazać
zastosowanie elementów optoelektronicznych? 18) sprawdzić sprawność
diody LED i fotodetektorów?

40
4.3. Elektroniczne układy zasilające
Układy elektroniczne
Układem elektronicznym nazywamy złoŜony obwód elektryczny zawierający bierne i
aktywne elementy elektroniczne spełniający pewne podstawowe funkcje do których zaliczamy
wzmocnienie, przetworzenie lub wygenerowanie poŜądanego sygnału. Układy tworzą z kolei
podstawowe bloki urządzeń elektronicznych, których działanie jest bardziej złoŜone niŜ
działanie samych układów.
Monolitycznym układem scalonym nazywamy układ elektroniczny, którego elementy
czynne i bierne są wykonane w płytce półprzewodnikowej (najczęściej krzemowej), a
dokładniej w jej cienkiej warstwie przypowierzchniowej.
Ze względu na rodzaj przetwarzanych sygnałów układy scalone dzielimy na:
− analogowe, przetwarzające ciągłe sygnały napięciowe przyjmujące dowolne wartości w
określonym przedziale,
− cyfrowe, przetwarzające binarne sygnały napięciowe przyjmujące wartości logiczne 0 i 1.
Do podstawowych układów analogowych zaliczamy wzmacniacze operacyjne,
wzmacniacze mocy, stabilizatory napięcia, generatory oraz układy specjalizowane stosowane
w określonych urządzeniach np. układy radiowo – telewizyjne.
Podstawowe układy analogowe wytwarzane są najczęściej w obudowach typu DIP (rys. )
lub w obudowach przypominających bipolarne tranzystory mocy (rys. ). DIP jest to skrót od
angielskiej nazwy obudowy dwurzędowej czyli DUAL IN LINE PACKAGE, czasami spotyka
się równieŜ nazwę DIL. W obudowach typu DIP są umieszczane układy scalone do montaŜu
tradycyjnego (przewlekanego) co oznacza, Ŝe w obwodzie drukowanym w miejscu pod montaŜ
takiego układu znajdują się otwory w takim rozstawie i liczbie jakie ma układ scalony.
Przykład jak wyglądają typowe układy w obudowie typu DIP jest pokazany na (rys. 22)
Rys. 22. Obudowa typu DIP [www.edw.com.pl]

41
W obudowach typu DIP umieszczane są układy scalone o liczbie wyprowadzeń od 4 do 48.
Wyprowadzenia układów scalonych (tzw. pin – y) mają jednoznacznie określony sposób
numerowania polegający na liczeniu pin – ów w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek
zegara (patrząc od strony wyprowadzeń) począwszy od pin 1. Na rysunku obudowy DIP
pokazany jest znacznik (czasami jest to kropka) identyfikujący pin 1 układu.
Zasilacze napięciowe
Zasilaczem nazywamy układ elektroniczny wytwarzający napięcie stałe przeznaczone do
zasilania innych układów elektronicznych. Inaczej mówiąc zasilacz przetwarza napięcie
przemienne sieci zasilającej (np. 230 V, 50 Hz) na napięcie stałe.
Schemat funkcjonalny zasilacza przedstawiono (w dwóch wersjach) na rysunku 23.
Rys. 23. Schemat funkcjonalny zasilaczy: a) prostego, b) z transformatorem [5, s. 239]
Wersja zawierająca prosty zasilacz składa się z trzech bloków: prostownika, filtru
dolnoprzepustowego FDP oraz stabilizatora napięcia wyjściowego. Prostownik zamienia prąd
zmienny na prąd jednokierunkowy, filtr FDP przepuszcza na wyjście składową stałą
pulsującego prądu jednokierunkowego i tłumi składową zmienną, a stabilizator powoduje
zmniejszenie tętnień napięcia wyjściowego.
Wersja druga zawiera te same bloki co pierwsza, ale dodatkowo jest odseparowana od sieci
zasilającej transformatorem sieciowym, który zwykle obniŜa znacznie napięcie zmienne
podawane na prostownik, a co za tym idzie obniŜa napięcie wyjściowe zasilacza. Zasilacz z
transformatorem odseparowuje galwanicznie obwody wyjściowe od wejściowych, co jest duŜą
zaletą tego urządzenia. Ponadto układ zasilacza z transformatorem daje się łatwo zaadaptować
do wytwarzania kilku napięć stałych (jeden transformator o kilku uzwojeniach wtórnych), a
diody prostownicze stosowane w tych zasilaczach mogą mieć stosunkowo nieduŜe napięcie
wsteczne. Natomiast wadą tego typu zasilaczy są duŜe rozmiary transformatorów (gdy moc
zasilacza przekracza 20 W), mała sprawność i mała skuteczność tłumienia tętnień.
Układy prostownicze
Układy prostownicze są najczęściej podzespołem urządzenia zwanego zasilaczem
napięciowym, które przetwarza napięcie przemienne sieci zasilającej (w Polsce 230 V, 50 Hz)
na napięcie stale o ustabilizowanej wartości. Zadaniem prostownika jest wytworzenie na
wyjściu napięcia zmiennego, ale o stałej polaryzacji.

42
Prostownik jednopulsowy przewodzi prąd tylko w jednym kierunku, w wyniku czego na
wyjściu pojawiają się tylko dodatnie „połówki” wejściowego napięcia sinusoidalnego, co
pokazano na rysunku 24.
Rys. 24. Prostownik jednopulsowy: a) schemat, b) przebiegi napięć i prądów w układzie [5, s. 240]
Elementem załączającym jest dioda półprzewodnikowa D, która przewodzi, gdy napięcie
uwe > UF i nie przewodzi, gdy uwe < UF. W stanie nieprzewodzenia napięcie wyjściowe jest
równe 0, w stanie przewodzenia określone jest wzorem
uwy = uwe −U F
W celu zmniejszenia tętnień oraz zwiększenia wydatkowania energii, w obciąŜeniu
prostownika stosuje się kondensatory, które magazynują energię w czasie ∆T, co pokazano na
rysunku 25.
Prostownik z obciąŜeniem rezystancyjno – pojemnościowym (rys. 30) utrzymuje na
wyjściu napięcie o wartości zbliŜonej do wartości szczytowej napięcia wejściowego. Prąd iD w
tym układzie płynie tylko w czasie ∆T doładowywania pojemności, czyli krócej niŜ przy
obciąŜeniu rezystancyjnym.
Rys. 25. Prostownik jednopulsowy z obciąŜeniem RC: a) schemat, b) przebiegi napięć i prądów w
układzie [5, s. 241]
Lepszymi parametrami charakteryzują się prostowniki dwupulsowe pokazane na rysunku
26.

43
Rys. 26. Prostownik dwupulsowy: a) układ z transformatorem, b) układ Graetza [5, s.241]
W układach tych prąd płynie przez obciąŜenie Ro praktycznie przez cały czas w jednym
kierunku. W układzie z transformatorem (rys. 26a), przy dodatniej połówce wejściowego
przebiegu sinusoidalnego prąd płynie od zacisku 1 przez diodę D1 i obciąŜenie Ro do zacisku
2, a przy ujemnej od zacisku 2 przez diodę D2 i obciąŜenie Ro do zacisku 1.
W układzie mostka Graetza (rys. 26b), który jest najczęściej stosowany sytuacja jest
podobna. Przy dodatniej połówce wejściowego przebiegu sinusoidalnego prąd płynie od
zacisku 1 przez diodę D1, obciąŜenie Ro i diodę D3 do zacisku 2, a przy ujemnej od zacisku 2
przez diodę D2, obciąŜenie Ro i diodę D4 do zacisku 1. Układ ten zapewnia lepsze
wykorzystanie mocy transformatora.
Układy stabilizacji napięcia
Układy te charakteryzują się następującymi parametrami:
− znamionowe napięcie wyjściowe, tzn. to na które został zaprojektowany stabilizator,
− zakres regulacji napięcia wyjściowego,
− dopuszczalny zakres zmian napięcia wyjściowego,
− zakres zmian prądu wyjściowego,
− współczynnik stabilizacji S to stosunek zmiany napięcia wyjściowego do wywołującej ją
zmiany napięcia wejściowego.
Najprostszym układem stabilizacji napięcia jest stabilizator z diodą Zenera, stosowany w
prostych zasilaczach lub jako źródło napięcia odniesienia. Układ ten przedstawiono na rysunku
27.
Rys. 27. Schemat układu stabilizatora z diodą Zenera [opracowanie własne]
Właściwości stabilizacyjne tego układu wynikają z kształtu charakterystyki prądowo-
napięciowej diody Zenera, która została opisana w części 4.2 materiału nauczania tego
poradnika. Napięcie wyjściowe Uwy jest równe napięciu Zenera Uz diody, a jego zmiany pod
wpływem zmian napięcia wejściowego Uwe i rezystancji obciąŜenia Robc są zminimalizowane.
Mechanizm stabilizacji napięcia dla idealnej diody Zenera jest następujący. JeŜeli napięcie Uwe
rośnie to wzrasta wartość prądu I płynącego przez opornik R oraz część tego prądu wpływająca
do diody czyli prąd IZ, a napięcie Uz nie ulega zmianie. JeŜeli z kolei zaczniemy zmniejszać
Uwe Uwy
Robc
R
UZ

44
rezystancję Robc to prąd I pozostaje bez zmian, ale zmniejsza się prąd IZ kosztem wzrostu prądu
w obciąŜeniu, a napięcie Uz równieŜ nie ulega zmianie.
Gdy załoŜymy, Ŝe dioda nie jest idealna to musimy uwzględnić jej rezystancję dynamiczną
rZ, która wpływa na współczynnik stabilizacji w taki sposób, Ŝe im większa wartość rZ tym
gorsza stabilizacja napięcia wyjściowego.
Zakres poprawnej pracy stabilizatora diodowego wyznacza z jednej strony konieczność
minimalnego przepływu prądu przez diodę IZmin i z drugiej strony maksymalny prąd płynący
przez diodę IZmax ograniczony maksymalną mocą tej diody PDmax, co moŜna opisać
następującymi wzorami.
Uwe min −U
Z − Iwy max = IZ min
R
PDmax = IZ max (UZ + IZ max ⋅rZ )
Do zasilania układów elektronicznych najczęściej stosuje się stabilizatory ze sprzęŜeniem
zwrotnym działające w układzie szeregowym lub równoległym (rys. 28). W obydwu tych
układach napięcie wyjściowe (lub jego część) porównywane jest z wzorcowym napięciem
odniesienia, a układ regulacji zmienia wartość prądu płynącego przez obciąŜenie tak, aby
utrzymać na wyjściu stałą wartość napięcia.
Rys. 28. Schematy tranzystorowych układów stabilizacji napięcia: a) szeregowego b) równoległego [5,
s.250]
Napięcie wyjściowe w obu układach ma taką samą wartość i jest równe sumie napięć na
diodzie Zenera, która jest źródłem napięcia odniesienia i złączu B – E tranzystora spełniającego
rolę elementu regulacyjnego. Układy te charakteryzują się znacznie lepszymi własnościami
stabilizacyjnymi w porównaniu ze stabilizatorami diodowymi.
Jeszcze lepsze parametry stabilizacyjne uzyskamy w układach stabilizatorów
tranzystorowych o rozbudowanej strukturze wyposaŜonych w układ porównująco –
wzmacniający zbudowany na wzmacniaczu róŜnicowym (rys. 29).

45
Rys. 29. Schemat rozbudowanego stabilizatora szeregowego ze sprzęŜeniem zwrotnym [5, s.252]
W układzie stabilizatora na rysunku 29 rezystor R1 ustala wartość prądu płynącego przez
diodę Zenera, tranzystory T1 i T2 tworzą wzmacniacz róŜnicowy, w którym następuje
porównanie napięcia Up (zdzielnikowane napięcie wyjściowe) z napięciem odniesienia Uz.
Natomiast stopniem regulującym są tranzystory T3 i T4 pracujące w układzie Darlingtona i
sterowane napięciem wyjściowym wzmacniacza róŜnicowego. JeŜeli jeden z oporników
dzielnika napięcia zastąpimy potencjometrem to uzyskamy stabilizator z regulacją napięcia
wyjściowego określonego następującym wzorem.
R6
UZ =Uwy
gdzie: R5 + R6
R5 – opornik dzielnika napięcia [kΩ],
R6 – opornik dzielnika napięcia [kΩ],
Uwy –napięcie wyjściowe stabilizatora [V], UZ
– napięcie na diodzie Zenera [V].
Zabezpieczenia stabilizatorów
W stabilizatorach stosuje się dwie grupy zabezpieczeń: nadnapięciowe i nadprądowe
Najprostszymi elementami zabezpieczenia nadnapięciowego są kondensatory włączane
równolegle do wejścia i wyjścia stabilizatora. Innym elementem tych zabezpieczeń są diody
prostownicze włączane równolegle do wejść i wyjść stabilizatora, spolaryzowane zaporowo
przy normalnej pracy stabilizatora. Diody te zabezpieczają zasilacz przed zniszczeniem
wskutek odwrotnego włączenia napięcia wejściowego lub przyłączenia wyjścia do napięcia o
odwrotnej polaryzacji.
Najczęściej stosowanym zabezpieczeniem nadprądowym jest bezpiecznik topikowy,
umieszczany w obwodzie pierwotnym transformatora i na wyjściu stabilizatora. Jednak
zabezpieczenie to nie zapewnia skutecznej ochrony przed wzrostem prądu obciąŜenia
nieznacznie większym od wartości nominalnej prądu bezpiecznika.
Jednym ze sposobów zapobiegających temu jest zastosowanie układu zwiększającego
przeciąŜenie bezpiecznika (rys. 30a). W układzie tym tranzystor zostanie włączony gdy
napięcie na oporniku Rz odłoŜy się napięcie progowe dla tego tranzystora, a on z kolei załączy
tyrystor powodujący przepływ duŜego prądu zwarcia. W konsekwencji uzyskuje się
przyśpieszone przepalenie bezpiecznika i odłączenie stabilizatora od źródła napięcia
wejściowego.

46
Rys. 30. Schemat rozbudowanego stabilizatora szeregowego ze sprzęŜeniem zwrotnym:
a) układ zwiększający przeciąŜenie bezpiecznika, b) układ „bez podcięcia”
charakterystyki, c) układ „z podcięciem” charakterystyki
[5, s. 254]
Podobnie działają elektroniczne układy ograniczające prąd obciąŜenia stabilizatorów.
Układy te występują w dwóch wersjach. Pierwsza z nich (rys. 30b) tylko ogranicza napięcie
wyjściowe, gdy prąd wyjściowy osiągnie swoją maksymalną dopuszczalną wartość. Drugi
układ zabezpieczeń (rys. 30c) dodatkowo zmniejsza prąd wypływający ze stabilizatora w chwili
zwarcia wyjścia do masy. Pierwszy układ ma charakterystykę obciąŜeniową „bez podcięcia”, a
drugi „z podcięciem” poniewaŜ tranzystor zabezpieczający T sterowany jest róŜnicą spadków
napięć na rezystorach Rz i R1. Układy z podcięciem charakterystyki realizuje się w celu
zabezpieczenia układu stabilizatora przed uszkodzeniem termicznym.
Scalone stabilizatory napięcia
W praktyce często stosuje się scalone stabilizatory napięcia, które mogą pracować jako:
− uniwersalne układy o napięciu wyjściowym regulowanym za pomocą elementów
zewnętrznych,
− układy o napięciu wyjściowym ustalonym w procesie produkcji.
Przykładem uniwersalnego scalonego stabilizatora napięcia jest układ µA 723, którego
wyprowadzenia i schematy połączeń przedstawiono na rysunku 31.

47
Rys. 31. Stabilizator scalony µA 723: a) pracujący w układzie Uwy < Uo, b) pracujący w układzie Uwy
= Uo, c) rozmieszczenie wyprowadzeń układu scalonego [5, s. 257 oraz
www.cyfronika.com.pl]
W układzie z rysunku 31a napięcie wyjściowe jest porównywane ze „zdzielnikowanym”
napięciem źródła odniesienia według wzoru
R2
Uwy =UO
R1 + R2
gdzie:
UO – napięcie odniesienia [V],
Uwy– napięcie wyjściowe stabilizatora [V],
R1 – rezystancja opornika w układzie wejściowego dzielnika napięcia [kΩ], R2
– rezystancja opornika w układzie wejściowego dzielnika napięcia [kΩ].
W układzie z rys. 31b napięcie wyjściowe jest porównywane bezpośrednio z napięciem
odniesienia zatem
Uwy =UO
Układy o stałym napięciu wyjściowym mają trzy (lub dwie) końcówki wyprowadzeń:
wejście, masa, wyjście. Scalone stabilizatory na napięcie stałe o prądzie wyjściowym rzędu
kilku amperów (np. UL7805, który jest scalonym stabilizatorem napięcia +5 V) mają metalowe
obudowy.
c)

48
Stabilizatory impulsowe
Działanie zasilaczy wyposaŜonych w stabilizatory napięcia o działaniu ciągłym powoduje
wydzielanie się duŜych mocy w elemencie wykonawczym tych stabilizatorów. W celu
poprawienia sprawności energetycznej zasilaczy stosuje się stabilizatory impulsowe (rys. 32)
wykorzystujące elementy indukcyjne i układy kluczujące do przetwarzania napięcia
wejściowego na wyjściowe. Typowy stabilizator impulsowy zawiera:
− źródło napięcia odniesienia,
− układ dzielnikujący napięcie wyjściowe,
− dyskryminator napięcia z pętlą histerezy,
− układ kluczujący,
− cewka indukcyjna i dioda prostownicza.
Rys. 32. Schemat rozbudowanego stabilizatora szeregowego ze sprzęŜeniem zwrotnym [5, s. 258]
Działanie stabilizatora polega na ciągłym kluczowaniu napięcia wejściowego podawanego
przez dławik na wyjście. Kluczowanie jest przełączane napięciem Uk (rys. 32c) z
dyskryminatora, który sterowany jest napięciem Up proporcjonalnym do napięcia wyjściowego
zgodnie z charakterystyką pokazaną na rysunku 32b. Efektem działania układu kluczującego
jest piłokształtny przebieg prądu obciąŜenia (rys. 32d), a tym samym i napięcia na obciąŜeniu
Ro. Gdy klucz jest włączony napięcie Uwy zwiększa się i prąd w cewce równieŜ narasta. Po
wyłączeniu klucza prąd cewki przejmowany jest przez diodę przy czym jego wartość maleje, a
co za tym idzie maleje napięcie wyjściowe. Zmiany napięcia Uwy są nieznaczne wokół
załoŜonej wartości średniej, a częstotliwość zmian zaleŜy od indukcyjności cewki L i progów
pętli histerezy UH1 i UH2. Im większa indukcyjność i róŜnica między progami tym mniejsza

49
częstotliwość przetwarzania. W praktyce parametry cewki i dyskryminatora są tak dobierane,
aby ta częstotliwość mieściła się w granicach od 20 kHz do 200 kHz (typowo około 50 kHz).
Filtry dolnoprzepustowe
W celu poprawienia parametrów pracy prostowników połączonych bezpośrednio z
obciąŜeniem, a w szczególności eliminacji tętnień napięcia wyjściowego stosuje się obciąŜenia
reaktancyjne prostowników, to znaczy:
− obciąŜenie RoC (równoległe połączenie) stosowane przy małych prądach obciąŜenia,
− obciąŜenie RoL (szeregowe połączenie) stosowane przy duŜych prądach obciąŜenia.
Jeszcze lepsze efekty uzyskamy wstawiając między prostownik a obciąŜenie (lub
stabilizator) filtry dolnoprzepustowe FDP (rys. 33). Stosunek amplitudy składowej zmiennej na
wejściu filtru do amplitudy składowej zmiennej na jego wyjściu nazywamy współczynnikiem
filtracji F, którego wartość powinna być znacznie większa od jedności.
Rys. 33. Schematy układów do filtrowania napięć zasilających [5, s. 244]
Dla filtru z rysunku 33a stosowanego w zasilaczach duŜej mocy współczynnik ten
określony jest wzorem
F = m2
ω2
LC
gdzie:
F – współczynnik filtracji, m – liczba pulsów wyprostowanego przebiegu sinusoidalnego w
ciągu okresu (m=1 lub m=2) ω – pulsacja wejściowego napięcia sinusoidalnego [rad/s], L –
indukcyjność filtru [mH], C – pojemności filtru [µF].
W zasilaczach małej mocy stosuje się filtry RC (rys. 33c), w których tłumienie składowej
stałej napięcia określone jest wzorem.
Uwy Ro
=
Uwe R+ Ro
gdzie:
R0 – rezystancja obciąŜenia[kΩ],
R – rezystancja filtru [kΩ],
Uwy –napięcie wyjściowe stabilizatora [V],
Uwe– napięcie wejściowe stabilizatora [V].
Natomiast tłumienie składowej zmiennej napięcia wejściowego moŜna w przybliŜeniu
wyrazić wzorem.

50
F=ωRC
gdzie:
F – współczynnik filtracji,
m – liczba pulsów wyprostowanego przebiegu sinusoidalnego w ciągu okresu (m=1 lub m=2)
ω – pulsacja wejściowego napięcia sinusoidalnego [rad/s], L – indukcyjność filtru [mH], C –
pojemności filtru [µF].
JeŜeli filtry zostaną połączone kaskadowo, to współczynnik filtracji będzie równy
iloczynowi współczynników poszczególnych filtrów.
Badanie stabilizatorów napięcia
Układ pomiarowy do wyznaczania charakterystyk i parametrów stabilizatora
przedstawiono na rysunku 10. Napięcie sieci jest obniŜane do 24 V, a jego regulacja odbywa
się po stronie wtórnej autotransformatora. Dzięki temu uzyskujemy na wejściu stabilizatora
regulację napięcia stałego od 0 do około 30 V.
Rys. 34. Układ pomiarowy do badania charakterystyk i parametrów stabilizatora [Grabowski, s. 179]
Wartości prądów i napięć na wejściu oraz wyjściu stabilizatora UB (urządzenie badane)
mierzymy za pomocą pokazanych na rysunku amperomierzy i woltomierzy, przy czym napięcie
wyjściowe UO naleŜy mierzyć woltomierzem cyfrowym mierzącym z dokładnością do dwóch
miejsc po przecinku, ze względu na niewielkie zmiany tego napięcia. Kształt napięcia
wyjściowego w stosunku do wejściowego porównujemy za pomocą oscyloskopu OSC.
Charakterystyka przejściowa to zaleŜność UO = f(UI) przy zachowaniu stałej wartości
prądu obciąŜenia bliskiej wartości maksymalnej IOmax. Od pewnej wartości UImin napięcie
wyjściowe na charakterystyce przejściowej powinno być prawie linią poziomą.
Minimalne nachylenie charakterystyki przejściowej w zakresie stabilizacji pozwala
określić (zdefiniowany wcześniej) współczynnik stabilizacji napięci wyjściowego SU.
Dla uŜytkownika bardzo waŜną charakterystyką jest charakterystyka obciąŜeniowa, czyli
zaleŜność UO = f(IO) przy stałym napięciu wejściowym bliskim wartości maksymalnej UImax.
JeŜeli stabilizator jest wyposaŜony w sprawny układ zabezpieczeń przed przeciąŜeniem to prąd

51
obciąŜenia IO moŜna zmieniać od zera aŜ do zwarcia. Obserwując reakcję układu na zwarcie
moŜemy ocenić czy charakterystyka obciąŜeniowa jest z tzw. „podcięciem” czy „bez pocięcia”.
W układzie pomiarowym (rys. 34) moŜemy wyznaczyć równieŜ współczynnik tłumienia
tętnień napięcia występujących na wejściu stabilizatora. W tym celu naleŜy przy maksymalnym
obciąŜeniu stabilizatora podać na jego wejście maksymalne dopuszczalne napięcie stałe i
obserwować na oscyloskopie składową zmienną tego napięcia na wejściu i na wyjściu badanego
układu. Stosunek wartości międzyszczytowej sygnału zmiennego na wyjściu stabilizatora do
wartości między szczytowej sygnału zmiennego na jego wejściu jest równy badanemu
współczynnikowi.
Lokalizacja uszkodzeń w układach zasilających
Wystąpienie usterek w działaniu zasilaczy stwierdzamy na podstawie przeprowadzonych
wcześniej badań. Najczęściej efektem uszkodzenia zasilacza jest brak napięcia wyjściowego.
W takim przypadku naleŜy najpierw sprawdzić (przestrzegając zasad bhp) czy do zasilacza
doprowadzone jest napięcie sieciowe, a następnie czy do wejścia stabilizatora „dochodzi”
napięcie wyprostowane. JeŜeli nie to przyczyną niesprawności zasilacza moŜe być przerwa w
obwodzie wejściowym, uszkodzenie diod w prostowniku, zwarcie kondensatorów (lub przerwa
w uzwojeniach cewek) filtrów dolnoprzepustowych lub zwarcie w obwodzie wejściowym
samego stabilizatora. Odłączając poszczególne bloki zasilacza lokalizujemy w którym z nich
nastąpiło uszkodzenie. JeŜeli przyczyną usterki okazał się stabilizator napięcia to w przypadku
układów scalonych lub skomplikowanych układów impulsowych naleŜy wymienić go na nowy.
Natomiast w przypadku prostego stabilizatora parametrycznego lub tranzystorowego
(szeregowego lub równoległego) warto sprawdzić czy nie uległ uszkodzeniu tranzystor
regulacyjny lub dioda Zenera. W przypadku niesprawności skomplikowanych zasilaczy (po
wykluczeniu prostych uszkodzeń) naleŜy je oddać do naprawy w wyspecjalizowanych
punktach serwisowych.
1. Jakie są podstawowe rodzaje prostowników?
2. Jaki jest wpływ kondensatora na wyjściu prostownika na kształt napięcia wyjściowego?
3. Jak działa mostek Graetza?
4. Jak działa stabilizator napięcia ze sprzęŜeniem szeregowym?
5. Jak dzielimy stabilizatory ze względu na zasadę działania, a jak ze względu na
charakterystykę obciąŜeniową?
6. Jakie są podstawowe parametry stabilizatora napięcia?
7. Kiedy stosujemy w zasilaczach filtry RC a kiedy RL?
8. Jak definiujemy współczynnik filtracji filtrów FDP stosowanych w zasilaczach?
9. Z jakich podstawowych bloków składa się zasilacz impulsowy?
10. Jak badamy charakterystykę obciąŜeniową, a jak charakterystykę przejściową stabilizatora
napięcia?
11. Jakie parametry moŜna odczytać z charakterystyk stabilizatora napięcia?
12. Jakie są ogólne zasady lokalizacji uszkodzeń w zasilaczu napięciowym?

Technik.teleinformatyk 312[02] o2.01_u

Technik.teleinformatyk 312[02] o2.01_u

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Technik.teleinformatyk 312[02] o2.01_u

Similar to Technik.teleinformatyk 312[02] o2.01_u (20)

Technik.teleinformatyk 312[02] o2.01_u