--- layout: cover --- # Elektrotehnika --- # Osnovna teorija atomov ::left:: - Najmanjši delec snovi je **atom** - Atom sestavljajo: **elektroni, nevtroni in protoni** - Atomsko **jedro** je sestavljeno iz: **protonov in nevtronov** - Atomi se med seboj povezujejo v **molekule**   - **Element**: snov, ki jo z kemijskimi reakcijami ne moremo razstaviti na enostavnejše sestavine - **Spojina**: snov sestavljena iz dveh ali več elementov - Najmanjši gradnik spojin je molekula ::right::
--- # Kemijske vezi - **Ionska ali elektronska vez**: elektropozitiven atom odstopi elektron elektronegativnemu atomu v bližini. - Primer: NaCl - **Kovalentna vez**: dva nevtralna atoma si delita enega ali več elektronov. - Primer: polprevodniki, vezava vodika in kisika ->voda - **Kovinska vez**: med atomi plava oblak prostih elektronov. - Primer: s to vezjo so povezani atomi v kovinah. ::row:: --- layout: image-fill --- # Električno polje in potencial Električno polje je prostor, v katerem deluje električna sila na električni naboj **Jakost električnega polja**: $E\ [\frac{V}{m}]$ ::image:: --- **Količina naboja**: $Q\ [C=As]$ _Coulomb_ - En coulomb je definiran kot količina električnega naboja, ki preteče skozi prečni prerez vodnika v času ene 1s pri toku 1A. **Električni potencial**: $V_p\ [V]$ _Volt_ - Električni potencial v neki točki električnega polja znaša 1V, če se iz prostora izven polja prenese v dano točko pozitiven naboj 1C in se ob tem opravi delo 1J. --- layout: image-fill --- **Coulombov zakon**: $F = k_0\frac{Q_1 \cdot Q_2}{r^2}$ - kako sila med dvema točkastima električnima nabojema pojema z razdaljo **Pred električnim poljem se zaščitimo z oklapljanjem s kovinskimi materiali** (Faradejeva kletka). ::image:: --- # Električni tok in napetost ## **Električni tok** je **usmerjeno gibanje nosilcev električnega naboja**. Nastane pod vplivom razlike električnih potencialov, ki jim pravimo tudi električna napetost. Oznaka in enota: $I[A]$ _Amper_ Inštrument za merjenje toka je **ampermeter**   **Električna napetost** je definirana kot **razlika električnih potencialov**. Oznaka in enota: $U[V]$ _Volt_ Inštrument za merjenje napetosti je **voltmeter** --- # Električna moč in delo ## **Električna moč**: intenzivnost opravljanja dela električne sile $P = U \cdot I\ [VA = W]$ _Vat_ **Električno delo**: Delo, ki ga opravi električi naboj $A = P \cdot t\ [J = Ws]$ _Joul / Vatsekunda_ --- # Predpone SI ::left::
OkrajšavaImeVrednost
Ppeta10151.000.000.000.000.000bilijarda
Ttera10121.000.000.000.000bilijon
Ggiga1091.000.000.000milijarda
Mmega1061.000.000milijon
kkilo1031.000tisoč
hhekto102100sto
dadeka10110deset
ddeci10-10,1desetina
ccenti10-20,01stotina
mmili10-30,001tisočina
μmikro10-60,000.001milijonina
nnano10-90,000.000.001milijardina
ppiko10-120,000.000.000.001bilijonina
::right::
Primeri: $1\ \text{A} = 1000\ \text{mA} = 0,001\ \text{kA}$ $1\ \text{V} = 1000\ \text{mV} = 0,001\ \text{kV}$ $1\ \Omega = 1000\ \text{m}\Omega = 0,001\ \text{k}\Omega$
--- # Prevodniki, neprevodniki in polprevodniki ## **Prevodniki**: imajo dosti prostih nosilcev naboja, zato prevajajo električni tok. - Zlato, srebro, baker, aluminij, … **Neprevodniki** (izolatorji): nimajo prostih nosilcev naboja, zato ne prevajajo električnega toka. - Razne gume, keramika, steklo, les, nekatere plastične mase, razne barve in laki, teflon, bakelit, destilirana voda, polivinil, … **Polprevodniki**: silicij in germanij imata po 4 elektrone na zunanji obli atomov. - Silicij, Germanij, … --- # Električna upornost ## Lastnosti snovi, da se **upira prevajanju električnega toka** imenujemo električna upornost. ::left:: Oznaka in enota: $R[\Omega]$ _Ohm_ Inštrument za merjenje upornosti je **ohmmeter** Upor je najbolj osnoven primer porabnika (električna energija → toplota) Glede na izvedbo ločimo: žični, slojni, polni ali masni upor ::right:: --- ## Vrste uporov Temperaturno odvisni upori: - **PTK** (Pozitivni temperaturni koeficient): S **segrevanjem** se **upornost povečuje** - **NTK** (Negativni temperaturni koeficinet): S **segrevanjem** se **upornost zmanjšuje** ::row:: Delimo: a - stalni upor b - nastavljivi upor c - spremenljivi upor d - potenciometer --- layout: image-fill --- ## Označevanje vrednosti uporov ::image:: --- # Magnetno polje trajnega magneta ::left:: Potek magnetnega polja okoli magneta **ponazorimo s silnicami**. To so črte, ki kažejo smer polja in potekajo od severnega proti južnemu polu magneta.   Če magnet prelomimo, dobimo 2 magneta, ki imata vsak svoj severni in južni pol. ::right:: --- # Enosmerni tok in napetost ## Enosmerni tok: nosilci naboja tečejo le v eno smer. **Smer gibanja nosilcev naboja se s časom ne spreminja** Enosmerna napetost: tista napetost, ki **generira enosmerni tok in se ji s časom predznak ne spreminja** ::row:: --- layout: image-fill --- # Celice in baterije ## Najbolj osnoven izvor enosmerne napetosti ::image:: --- ## Vrste baterij
Svinčene celiceNi-CdNi-MhLi-ionLi-ion polimerPolnilne alkalne
Nominalna napetost celice2v1,2v1,2V3,6V3,6V1,5V
Število ciklov polnjenja500-8001500500-10001200>100050
Lastno praznjenje (%/mesec)3-2010305-105zelo nizka
Temp. področje uporabe-20 do 60-40 do 60-20 do 60-20 do 600 do 600 do 65
Energija/teža (Wh/kg)30-5045-8060-120110-160100-20080
Obremenitev: max/pripročena5C/0,2C20C/1C5C/0,5C>2C/>1C>2C/>1C0,5C/<0,2
---
## Zaporedna vezava celic **Skupna napetost enaka vsoti napetosti posameznih baterijskih celic.** Dopustni tok enak dopustnemu toku ene celice.
## Vzporedna vezava celic Skupna napetost enaka napetosti ene celice **Dopustni tok enak vsoti dopustnih tokov posameznih celic.**
--- - **Kapaciteta**: koliko časa je celica sposobna dajati določen tok: $$ Q = I \cdot t \ [Ah] $$ Primer: Akumulator imam kapaciteto 10 Ah. Koliko časa ga bomo lahko uporabljali, če porabnik troši 500 mA? $t = \frac{Q}{I} = \frac{10 Ah}{0.5 A} = 20 h$ - **Notranja upornost** ($R_g$) - **Kratkostični tok** ($I_k$): **tok, ki steče če pola celice kratko spojimo z vodnikom.** $$ I_k = \frac{U_c}{R_g} $$ - **Nazivni tok** ($I_n$): "priporočen" / normalni tok uporabe --- # Električne sheme ::row::
Električni krog (baterija in upor)
Shema električnega kroga leve slike
--- # Frekvenca Število ponavljajočih se dogodkov v časovni enoti **Frekvenca**: $f\ [\mathrm{Hz}]$ _Hertz_
$$ f = \frac{1}{T} = \frac{N}{t} $$ $f$ – frekvenca (Hz) $T$ – perioda (s) $t$ – čas opazovanja (s) $N$ – število nihajev v času opazovanja
--- ::row:: --- # Izmenični tok in napetost ## Izmenični tok: **smer gibanja nosilcev naboja se s časom spreminja.** Izmenična napetost: napetost, ki se s časom spreminja ::row:: --- # Generator izmenične napetosti ## $$ U = U_{max} \cdot \sin(\alpha) $$ ::row:: --- # Sinusna oblika signala ::row:: --- **Efektivna** vrednost **izmenične napetosti** ($U_\text{ef}$) je enaka velikosti enosmerne napetosti, ki povzroči **enak učinek** (efekt) **kot enosmerna napetost** (svetlobni, toplotni, …) ::left:: $U_\text{vrh}$ – vrhnja (temenska) vrednost napetosti $U_\text{ef}$ – efektivna (RMS – Root Mean Square) napetost $U_\text{sre}$ – srednja vrednost napetosti   Za sinus velja: $U_\text{vrh} = \sqrt{2} \cdot U_\text{ef}$ $U_\text{sre} = \frac{2}{\pi} \cdot U_\text{vrh}$ $U_\text{vrh} = 1.57 \cdot U_\text{sre}$ ::right:: --- **Valovna dolžina** ($\lambda$ – lambda): razdalja, ki jo val prepotuje v času enega nihaja ::left:: **Hitrost** širjenja: $v = f \cdot \lambda$ $v$ – hitrost $\big[ \frac{m}{s} \big]$ $f$ – frekvenca $[\text{Hz}]$ $\lambda$ – valovna dolžina $[m]$   **Faza** valovanja: merimo v stopinjah (°). ::right:: --- # Sestavljeni signali ::row:: --- layout: image-fill --- ## Primer Kateri od navedenih signalov je enak vsoti signala A in B? ::image:: --- layout: image-fill --- **Peak envelope voltage** (PEV): vrhnja napetost ovojnice ::image:: --- # Ohmov zakon ::left:: Nemški znanstvenik Georg Simon Ohm ugotovi, da je **napetost v vezju enaka produktu toka in upornosti**. $$U = R \cdot I$$ $$I = \frac{U}{R}$$ $$R = \frac{U}{I}$$ ::right:: --- ## Primer 1 ::row::
$$U = R \cdot I$$ $$ I = \frac{U}{R} = \frac{12\ V}{25\ \Omega} = 0.48\ A $$
--- ## Primer 2 ::row::
$$U = R \cdot I$$ $$ U = R \cdot I = 6\ \Omega \cdot 3\ A = 18\ V $$
--- ## Primer 3 ::row::
$$U = R \cdot I$$ $$ R = \frac{U}{I} = \frac{6\ V}{0.5\ \Omega} = 12\ \Omega$$
--- # Vezava uporov ## Zaporedna vezava uporov ::left:: $R_\text{skupna} = R_1 + R_2 + ...$ $U_\text{skupna} = U_{R1} + U_{R2} + ...$ $I_\text{skupna} = I_1 = I_2 = ...$ ::right:: --- ## Vzporedna vezava uporov ::left:: $$ \frac{1}{R_\text{skupna}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + ... $$ $$R_\text{skupna} = \frac{1}{\frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + ...}$$ $U_\text{skupna} = U_{R1} = U_{R2} = ...$ $I_\text{skupna} = I_1 + I_2 + ...$ ::right:: --- ## Primer ::left:: $\frac{1}{R_\text{vzp}} = \frac{1}{10} + \frac{1}{10} = \frac{2}{10} = \frac{1}{5}$ $R_\text{vzp} = 5\ \Omega$ $R_\text{skupna} = 5\ \Omega + 10\ \Omega = 15\ \Omega$ ::right:: --- # Realni napetostni vir ::left:: $R_g$ – upornost generatorja $U_{AB} = U - R_g \cdot I = 6\ V - (4\ \Omega \cdot 0.5\ A) = 4V$ ::right:: --- # Kirchoffovi zakoni [Razlaga](https://youtu.be/JbJ6aGYa63k) - **Prvi Kirchoffov zakon** (vsota vseh tokov v vozlišču je enaka nič): ::row:: $$\sum I = 0$$ --- - **Drugi Kirchoffov zakon** (vsota napetosti napetostnih virov v zaprti zanki vezja je enaka vsoti padcev napetosti na vseh delih vezja): ::row:: $$ \sum U = \sum I \cdot R $$ --- ## Primer (I. Kirchoffov zakon): ::left:: $\sum I = 0$ $I_4 = I_1 + I_2 + I_3$ $I_1 = I_4 - I_3 - I_2 = 5A - 5A - 2A = -2A$ ::right:: --- ## Primer (II. Kirchoffov zakon): ::left:: Zanka 1: $10\ V = I_2 \cdot 30\ \Omega$ Zanka 2: $12\ V = I_2 \cdot 30\ \Omega + I_1 \cdot 10\ \Omega$ Zanka 3: $(12\ V - 10\ V) = I_1 \cdot 10\ \Omega$ ::right:: --- # Električna moč ::row::
Enosmerne napetosti in tokovi: $P = U \cdot I$ $P= \frac{U^2}{R}$ $P = I^2 \cdot R$
Izmenične napetosti in tokovi: (Ohmska bremena) $P_\text{sre} = U_\text{ef} \cdot I_\text{ef}$ $P_\text{sre} = \dfrac{U^2_\text{ef}}{R}$ $P_\text{sre} = I^2_\text{ef} \cdot R$ $P_\text{ef} \neq P_\text{sre}$
--- **Peak Envelope Power** (PEP): vrhnja (temenska) moč ovojnice, kar pomeni največjo vršno vrednost moči preko določene periode. ::row:: $$ P_\text{PEP} = \frac{U^2_\text{PEV}}{2 \cdot R} $$ --- # Prenos moči ::left:: $$ P = I^2 \cdot R \quad \quad I = \frac{U}{R + R_g} $$ $$ P = \frac{U^2 \cdot R}{(R + R_g)^2} $$   **Maksimalni prenos moči** na breme R: _"breme prilagodimo generatorju"_ $$ R = R_g \rarr P_{max} = \frac{U^2 \cdot R}{4 \cdot R^2} = \frac{U^2}{4 \cdot R} $$ ::right:: --- # Električna energija in izkoristek sistema ## **Električna energija**: $W = P \cdot t\ [\mathrm{Ws}]$ _Vatsekunda_ $1\ \mathrm{kWh} = 1000\ \mathrm{W} \cdot 3600\ \mathrm{s} = 3600000\ \mathrm{Ws}$   ### **Izkoristek** sistema ::row::
$$ \eta = \frac{P_i}{P_v} \quad 0 \le \eta \le 1 $$ $$ \eta = \frac{P_i}{P_v} \cdot 100 \quad 0 \% \le \eta \le 100 \% $$
$P_i$ – izhodnja moč (W) $P_v$ – vhodna moč (W)
--- # Logaritem ## Logaritem je **inverzna funkcija eksponente funkcije** $$ a^y = x \quad \Leftrightarrow \quad \log_{a} x = y $$ Prebere se: _logaritem števila $x$ z osnovo $a$_ ::row::
Desetiški logaritem: $\log_{10} x = \log x$ Naravni logaritem: $\log_{e} x = \ln x$ $$ \log_{a} x = \frac{\log_{y} x}{\log_{y} a} $$
$$ \log_{a} x + \log_{a} y = \log_{a} (xy) $$ $$ \log_{a} x - \log_{a} y = \log_{a} \bigg( \frac{x}{y} \bigg) $$ $$ r \cdot \log_{a} x = \log_{a} x^r $$
--- # Decibel ## Decibel je relativna enota, s katero določamo **ojačanje ali slabljenje sistema**. ::left:: $$ G(dB) = 10 \cdot \log \bigg( \frac{P_2}{P_1} \bigg) $$ $$ G(dB) = 20 \cdot \log \bigg( \frac{U_2}{U_1} \bigg) = 20 \cdot \log \bigg( \frac{I_2}{I_1} \bigg) $$ ::right::
Ojačanje
G(dB)
Razmerje moči
(P2 / P1)
Razmerje toka
ali napetosti
(I2 / I1),(U2 / U1)
+ 2010010
+ 10103,16
+ 642,00
+ 321,141
011,00
- 30,500,71
- 60,250,50
- 100,100,32
- 200,010,10
::bottom:: _1 S enota (na S metru) = 6 dB_ --- ## Primer Izračunaj skupno ojačanje sistema: $$ G(dB) = +20\ dB - 10\ dB +3\ dB = + 13\ dB $$ $$ G = 100 \cdot 0.1 \cdot 2 = 20 $$ Dobimo ojačanje +13 dB oz. 20 kratno ojačanje --- # Induktivnost ## Razmerje med magnetnim pretokom skozi sklenjeno zanko in električnim tokom, ki je vzrok tega magnetnega pretoka - Induktivnost tuljave je 1 H, če se skozi njo spremeni tok za 1 A v času 1 s in pri tem povzroči, da se inducira povratna napetost 1 V. ::left:: **Induktivnost**: $L\ [H]$ _Henry_ Pravilo desnega vijaka (smer silnic) ::right:: --- ::row:: --- # Tuljave ## [Animacija tuljave](https://youtu.be/KSylo01n5FY?t=208) ::row:: --- layout: image-fill --- Pri idealni tuljavi vedno **tok zaostaja za napetostjo za 90°** ::image:: --- ::left:: ## Vrste tuljav Delimo: a. stalna tuljava b. nastavljiva tuljava c. spremenljiva tuljava Glede na jedro delimo: a. tuljava z železnim jedrom b. tuljava z feritnim jedrom ::right::
--- ## Jedro tuljave **Permeabilnost**: lastnost feromagnetnih materialov jedra, da **poveča induktivnost tuljave**   **Vrtinčni tokovi**: inducirana napetost žene po železnem jedru tok in ga segreva **Histerezne izgube**: del elektromagnetne energije, ki se porablja za "magnetno vztrajnost" --- # Vezava tuljav ::row::
$$ L_\text{skupna} = L_1 + L_1 + ... $$
$$ \frac{1}{L_\text{skupna}} = \frac{1}{L_1}+\frac{1}{L_{2}}+... $$
--- # Realna tuljava Nobody's perfect ::left:: **Induktivna reaktanca** ali induktivna upornost: $X_L = 2 \cdot \pi \cdot f \cdot L$ Kvaliteta tuljave: $Q = \frac{X_L}{R_L}$   **Skin efekt** (kožni pojav): s frekvenco se povečuje upornost žice. Pri višjih frekvencah tok raje teče po površini žice, kot po njej. ::right::
--- # Transformator ## **Medsebojna induktivnost**: magnetno polje ene tuljave povzroči inducirano napetost v drugi tuljavi **Sklopni faktor** dveh tuljav je število, ki pove, kolikšen del magnetnega pretoka ene tuljave se sklene tudi skozi ovoje druge tuljave. Teoretično možne vrednosti sklopnih faktorjev so med 0 in 1. ::row:: --- ::left:: **Izkoristek** transformatorja: $$ P_s = \eta \cdot P_p $$ $P_p$ – moč na primarju (W) $P_s$ – moč na sekundarju (W) $\eta$ – izkoristek transformatorja ::right:: --- ::left:: **Razmerja napetosti, toka in števila navojev**: $$ \frac{U_p}{U_s} = \frac{n_p}{n_s} = \frac{I_s}{I_p} $$ $U_p$ – napetost primarja (V) $U_s$ – napetost sekundarja (V) $I_p$ – tok primarja (A) $I_s$ – tok sekundarja (A) $n_p$ – število ovojev primarja $n_s$ – število ovojev sekundarja ::right:: --- ## Primer Izračunaj napetost in tok na sekundarju transformatorja, če je na primarju napetost 220 V in tok 2 A. Število ovojev na primarju je 1000, na sekundarju pa 100.
$$ \frac{U_p}{U_s} = \frac{n_p}{n_s} = \frac{I_s}{I_p} = \frac{1000}{100} $$ $$ U_s = \frac{U_p}{10} = \frac{220\ V}{10} = 22\ V $$ $$ I_s = I_p \cdot 10 = 2\ A \cdot 10 = 20\ A $$
--- ## Uporaba transformatorjev - izoliranje enega dela vezja od drugega (galvanska ločitev) - dviganje ali nižanje napetosti (napajalniki) - **impedančna transformacija oz. prilagoditev** ## Vezave transformatorjev ::row::
Zaporedna vezava navitij
Kaskadna vezava
--- # Kapacitivnost ## Zmožnost **shranjevanja električne energije** v obliki **električnega naboja**, ki ustvari **električno polje** **Kapacitivnost**: $C\ [F]$ _Farad_ ::row:: --- # Kondenzatorji [Razlaga kondenzatorja](https://youtu.be/X4EUwTwZ110?t=94) ::left:: a. stalni kondenzator b. nastavljivi kondenzator c. spremenljivi kondenzator d. elektrolitski kondenzator ::right:: --- layout: image-fill --- Pri idealnem kondenzatorju **tok fazno prehiteva napetost za 90°** ::image:: --- # Realni kondenzatorji Nobody's perfect **Izgubni** (prečni) **tok** kondenzatorja: tok, ki teče skozi kondenzator zaradi neidealnega dielektrika. **Temperaturna odvisnost** kondenzatorja: vzrok je sprememba dielektrika, saj se mu spreminja dielektrična konstanta. --- # Vezave kondenzatorjev ::row::
$$ C_\text{skupna} = C_1 + C_2 + ... $$
$$ \frac{1}{C_\text{skupna}} = \frac{1}{C_1} + \frac{1}{C_2} + ... $$
--- # Reaktanca Upiranje izmeničnemu toku V praktičnih vezjih se pojavijo kombinacije obeh: Induktivna reaktanca: $X_L = 2 \cdot \pi \cdot f \cdot L$ Kapacitivna reaktanca: $X_C = \frac{1}{2 \cdot \pi \cdot f \cdot C}$ Zato raje govorimo o **reaktanci**, ki ima lahko **induktivni** ali **kapacitivni značaj** **Reaktanca**: $X\ [\Omega]$ _ohm_ Vrednost reaktance se **spreminja glede na frekvenco** **Reaktančna bremena ne trošijo električne energije** (jalova moč) Velja ohmov zakon: $U = X \cdot I$ --- # Impedanca Vsota upornosti in reaktance Vsa praktična vezja vsebujejo reaktanče in ohmske upornosti **Impedanca**: $Z = R + iX\ [\Omega]$ _ohm_   $Z = R + jX_L$ → impedanca upornosti R in reaktance induktivnega značaja $Z = R - jX_C$ → impedanca upornosti R in reaktance kapacitivnega značaja Velja ohmov zakon: $ U = Z \cdot I $ (bolj kompleksno zaradi imaginarne komponente) --- # Resonanca ## Obstaja frekvenca kjer se **vrednost kapacitivne reaktance izenači induktivni reaktanci** → se izničita $$ X_C = X_L $$ $$ \frac{1}{2 \cdot \pi \cdot f \cdot C} = 2 \cdot \pi \cdot f \cdot L $$ $$ f = \frac{1}{2 \cdot \pi \cdot \sqrt{L \cdot C}} $$ Te frekvenci pravimo **resonančna frekvenca**, pojavu pa **resonanca** Impedanca pri resonančni frekvenci: $Z = R \pm j0 = R$ --- # Filtri Izločanje določenih frekvenc Vezja, ki prepuščajo izmenične tokove določenih frekvenc, medtem ko tokove drugih frekvenc zelo oslabijo ali pa jih sploh ne prepuščajo Sestavljeni iz pasivnih elementov (kondenzatorjev, tuljav in uporov) **Tuljava dobro prepušča nizke frekvence, kondenzator pa visoke** --- # Zaporedni in vzporedni nihajni krog ::row::
Zaporedni nihanji krog v resonanci prepušča tok
Vzporedni nihanji krog v resonanci ne prepušča toka
--- ## Zaporedni nihajni krog ::left:: **Resonančna frekvenca**: $f_{RES} = \dfrac{1}{2 \pi \sqrt{LC}}$ **Kvaliteta** nihajnega kroga: $Q = \dfrac{X_L}{R}$ ali $Q = \dfrac{X_C}{R}$ **Pasovna širina** (bandwidth): $B = f_2 - f_1$ $f_1$ in $f_2$ odčitamo kjer je vrednost toka $\frac{1}{\sqrt{2}} = 0.71 $ oz. $ -3dB$ $Q = \frac{f_{RES}}{B}$ **Napetost na tuljavi in kondenzatorju** v zaporednem nihajnem krogu sta pri resonančni frekvenci **Q-krat večji od napetosti izvora** ampak fazno **zamaknjeni za 180°** ::right:: --- ## Vzporedni nihajni krog ::left:: Enačbe za resonančno frekvenco, kvaliteto in pasovno širino so enake kot pri zaporednem nihajnem krogu   **Velikost toka skozi vezje** je pri resonančni frekvenci majhna, v **tuljavi in kondenzatorju** pa je lahko **tok Q-krat večji** ::right:: --- ::left:: # Vrste filtrov Filtre delimo po različnih merilih, npr. frekvenčni pas: - **Nizko-prepustni** filter - **Visoko-prepustni** filter - **Pasovno-prepustni** filter - **Pasovno-zaporni** filter **Amplitudni frekvenčni odziv**: pove katere frekvence filter prepušča in katere slabi **Prenosna funkcija**: pove vpliv filtra na amplitudo in fazo vhodnega signala Vsak filter povzroči **fazni zamik** ::right:: --- # $T$ in $\Pi$ (Pi) filtri ::left:: **Red filtra**: število elementov v vezju Višji kot je red filtra, bolj se amplitudni odziv približuje idealnemu ::right:: --- # Kristalni filter ## **Zelo ozki** pasovno-prepustni ali pasovnozaporni filtri z **zelo veliko kvaliteto Q** **Overtonska frekvenca**: nihanje ploščice kremenovega kristala na mnogokratniku osnovne frekvence kristala **Overtonski oscilator**: kristal lahko niha le na overtonskih frekvencah, ki so lihi mnogokratniki osnovne frekvence ::row:: --- # Polprevodniki ::left:: Silicij / germanij Štiri elektroni v zunanji ovojnici Čisti polprevodnik, **ne prevaja** električnega **toka** (kovalentna vez) Polprevodnikom **dodajamo primesi** (Dopiranje) ::right:: --- layout: grid --- ::left:: ### **N tip** polprevodnika Donorji: petvalentne primesi, kot so fosfor, arzen, antimon, ki povečajo v polprevodniku število prostih elektronov ::right:: ### **P tip** polprevodnika Akceptorji: trivalentne primesi, kot so, bor, aluminij, galij, indij, ki ustvarijo gibljive vrzeli --- # Dioda ::left:: **PN spoj** _brez upornosti_ **prevaja tok** le **v eno smer** Dioda v zaporni smeri prevaja majhen tok, ki ga imenujemo **zaporni tok ali tok nasičenja** ::right:: ::row:: --- ## Uporaba diode v elektronskih vezjih - Usmerniki - Frekvenčni množilniki in mešalniki - Dioda kot stikalo - Dvosignalni krmilniki - Stabilizatorji napetosti ::row::
Polvalni usmernik
Polnovalni usmernik
--- ## Posebne vrste diod ::row::
Zener dioda Kot stabilizator napetosti
Tunelska dioda Uporabljamo za ojačevalnike in oscilatorje
--- ## Uporaba zener diode ::row::
Zener diodo priključimo v vezju zaporno Zaščita pred previsoko napetostjo
--- ::row::
Štirislojna dioda (PNPN) Namenjena zelo velikim tokovom
Bilateralno diodno stikalo (diak) Začne delovati po preboju prebojne napetosti
--- ::row::
Tiristor Deluje kot stikalo
Triak Dvosmerni tiristor
--- ::row::
Svetleča dioda (LED) Pretvarja el. energijo v svetlobo
Fotodioda Meritev svetlobe (spreminja se upornost)
--- ::row::
Schottky dioda Izredno hitrost delovanja
Varaktorska (varicap) dioda Dioda z kapacitivnostjo
--- # Tranzistor (bipolarni) ::left:: "Transfer resistor" → transistor **BJT** – Bipolar Junction Transistor Priključki: - Baza (**Base**) - Kolektor (**Collector**) - Emitor (**Emitter**) ::right:: ::bottom:: Tok med emitorjem in kolektorjem kontroliramo z tokom med bazo in emitorjem oz. kolektorjem (odvisno od tipa tranzistorja) --- ::row::
$\dfrac{I_C}{U_{CE}}$ in močnostna karakteristika tranzistorja
Možne orientacije tranzistorja
::bottom:: **Tokovno ojačanje tranzistorja s skupno bazo:** $\alpha = \dfrac{I_C}{I_E}$ **Tokovno ojačanje tranzistorja s skupnim emitorjem:** $\beta = \dfrac{I_C}{I_B}$ --- # Uporaba tranzistorja ::row::
Tranzistor kot ojačevalnik
Tranzistor kot stikalo
--- # Tranzistor (unipolarni) ::left:: **FET** – Field Effect Transistor Priključki tranzistorja: - Ponor (**Drain**) - krmilna elektroda (**Gate**) - Izvor (**Source**) Vrste unipolarnih tranzistorjev: - s PN spojem ali spojni FET (**JFET**) - z izolirano krmilno elektrodo (IGFET, **MOSFET**) - Dualgate MOSFET (**DG MOSFET**) ::right:: --- ## Razlike med BJT in FET
Bipolarni tranzistor (BJT)Unipolarni tranzistor (FET)
"prižgemo" s tokom"prižgemo" s napetostjo
PočasenHiter
EnosmerniObojesmerni
--- # Integrirana vezja Najbolj pogosto uporabljeni elementi v elektronskih vezjih Skupek elementov (diode, tranzistorji, …) skrčimo na čim manjši prostor ::row:: --- # Digitalna integrirana vezja ## Digitalna integrirana vezja poznajo le dve logični stanji: **0** in **1** oz. **izklopljeno** in **vklopljeno** oz. **nizka** in **visoka** napetost ::row:: --- # Osnovna logična vezja ::row::
Vrata IN (AND)
ABY
000
010
100
111
Vrata ALI (OR)
ABY
000
011
101
111
Vrata NE (NOT)
AY
01
10
--- ::row::
Vrata ekskluzivni ALI (XOR)
ABY
000
011
101
110
Vrata NE-IN (NAND)
ABY
001
011
101
110
--- ::row::
Vrata NE-ALI (NOR)
ABY
001
010
100
110
::bottom:: **Najbolj razširjena** so vrata **NAND in NOR** zaradi njune enostavnosti in cenovne ugodnosti **Univerzalna vrata**: Druga vrata (NOT, AND, OR, …) lahko sestavimo iz NAND in NOR --- ## Flip flop ::row:: --- # Analogna integrirana vezja ## Pri analognih integriranih vezjih **izhodni signal zvezno sledi spremembi vhodnega signala** ::row::
Operacijski ojačevalnik
Stabilizirani napajalnik za simetrično napetost
--- # Elektronske cevi (elektronka) ## Kljub silnemu napredku tehnologije na področju tranzistorjev elektronske cevi še niso izgubile popolne veljave v **končnih stopnjah močnostnih ojačevalnikov** ::row:: --- # NF in VF ojačevalnik ## Preveliko **segrevanje** lahko privede do **uničenja ojačevalnika**, zato je potrebno poskrbeti za **primerno hlajenje** ::row::
Načelna shema NF ojačevalnika (zvok)
Načelna shema VF ojačevalnika (radijski signali)
--- # Razred delovanja ojačevalnikov ::left:: **Nastavitev delovne točke določa kvaliteto ojačevalnika**, predvsem glede **linearnosti**, pa tudi glede ojačanja toka $A_I$, napetosti $A_U$ in **izkoristka** $\eta$ Glede na **postavitev delovne točke ločimo**: - Razred A - Razred B - Razred AB - Razred C ::right:: --- # Razred A ::left:: **Delovna točka**: se nahaja v linearnem delu $\frac{I_C}{U_{BE}}$ karakteristike, zato teče skozi tranzistor enosmerni kolektorski tok, ne glede na prisotnost vhodnega signala **Izkoristek**: **zelo majhen** (30%), majhna izhodna moč **Linearnost**: **popačenje najmanjše**, linearnost največja **Uporaba**: v VF tehniki za SSB ojačevalce, QPSK, QAM … ::right:: --- # Razred B ::left:: **Delovna točka**: se nahaja v spodnjem delu $\frac{I_C}{U_{BE}}$ karakteristike običajno v točki, kjer preneha teči kolektorski tok, ko ni na vhodu signala **Izkoristek**: **dosti večji** kot v razredu A (65%), prav tako izhodna moč **Linearnost**: **veliko popačenja** **Uporaba**: v ojačevalnikih moči ::right:: --- # Razred AB ::left:: **Delovna točka**: zaradi zakrivljenosti karakteristike $\frac{I_C}{U_{BE}}$ v njenem spodnjem delu, se popačenju ne moremo izogniti, zato v AB razredu delovno točko postavimo v vmesni položaj **Izkoristek**: **med razredoma A in B** (50-60%) **Linearnost**: **boljša kot B**, popačenje drastično zmanjša **Uporaba**: ojačevanje napetosti in tudi moči ::right:: --- # Razred C ::left:: **Delovna točka**: se nahaja v zapornem področju tranzistorja **Izkoristek**: **najboljši**, tok skozi tranzistor teče samo v vrhovih period vhodnega signala (80%) **Linearnost**: **zelo slaba**, popačenja največja **Uporaba**: primeren za signale kjer se ne spreminja amplituda (**CW**, **FM** in FSK), predvsem v VF tehniki, v NF vezjih ni uporaben ::right:: --- # Razred D "Digitalen" način delovanja (PWM) Zelo dober izkoristek Linearnost / popačenje ni pomembno --- # Napajalnik – usmernik Imamo 230V izmenični vir napajanja, želimo pa 12V enosmerni tok ## Napetost znižamo Izmenično napetost znamo znižati z uporabo transformatorja ::row:: --- ## Usmernik ::row::
Polvalno in polnovalno usmerjanje
--- ## Gladilnik ::row:: --- ## Stabilizator ::row::
Glajena in stabilizirana napetost
--- ## Zaščita - Napajalnik zaščitimo pred prevelikim tokom / kratkim stikom - varovalka pred transformatorjem in pred izhodom - omejitev toka s tranzistorji - Naprave na izhodu napajalnika zaščitimo pred preveliko napetostjo - zener dioda, tiristor in varovalka na izhodu --- layout: image-fill --- ## Izvedba linearnega napajalnika ::image:: --- # Mikrofoni Mikrofon je naprava, ki zvočna nihanja pretvori v električno napetost ::row::
Ogleni mikrofon
Kondenzatorski mikrofon
--- ::row::
Kristalni mikrofon
Dinamični mikrofon
--- # Zvočnik ::left:: Električno napetost pretvarja v mehansko nihanje membrane ::right::