2

3

4

5

PREDGOVOR Napisano je mnogo knjiga o elektronici, a veina njih se moe svrstati u jednu od sljedee dvije kategorije: knjige upuene amaterima hobistima i knjige upuene profesionalcima. Drugim rijeima reeno postoje dvije vrste knjiga o elektronici: elektronika na teak nain (pisane za uenike i studente odnosno profesionalce) i elektronika na lak nain (pisane za amatere hobiste). Karakteristika knjiga upuenih profesionalcima je da se materija, esto i bespotrebno, opisuje na jako komplikovan nain dok se u knjigama upuenim amaterima mnoga poglavlja ne obrauju premda bez njihovog obraivanja prikaz elektronike ostaje nedoreen, jer autori ta poglavlja smatraju neprikladnim za amatere. Ova kola elektronike je negdje na pola puta, jer prikazuje elektroniku na lak nain, ali ipak daje cjelovit prikaz elektronike. U tom smislu ova knjiga je pogodna za irok krug italaca poev od uenika osnovnih kola pa do inenjera pogotovo je korisna za inenjere graevinske, saobraajne i mainske struke, a takoer i za medicinsko osoblje koje rukuje ureajima medicinske elektronike. Takoer oni kojima je elektronika hobi u knjizi mogu pronai mnotvo interesantnih informacija i shema za samogradnju ureaja. I pored svih nastojanja mogue je da se u knjizi potkrala i poneka greka te se u tom smislu izvinjavam itaocima. Sve dobronamjerne primjedbe na sadraj knjige e biti uvaene sa zahvalnou.

Zenica, 2008.

Autor

Svi projekti i savjeti prikazani i objavljeni u ovoj knjizi izraeni su na temelju iskustva i strunog znanja autora s namjerom da pomognu itateljima, ali u sluaju neuspjeha autor ne preuzima nikakvu odgovornost. Takoer, autor ne preuzima nikakvu odgovornost u sluaju tetnih posljedica nastalih primjenom navoda datih u knjizi.

Nijedan dio ove knjige ne smije se umnoavati bez prethodne suglasnosti autora. Sva prava pridrana. 2008 Amir Halep

6

SADRAJ R.b. Naslov 0 Uvod -Elektricitet -El. struja -El. kola jednosmjerne struje -El. kola sinus. izmjenine struje -Radionica elektroniara -Elektronika kao profesija -Elektronika kao hobi Otpornici Kondenzatori Zavojnice i transformatori Diode Elektronske cijevi Katoda, displej i plazma Kamera, mikrofon, sl. i zvunik Bipolarni tranzistori Unipolarni tranzistori Releji Tiristori i triaci Tehnologija Elektrina pojaala Regulaciona pojaala snage Audio pojaala Jednosmjerna pojaala VF pojaala Oscilatori Modulatori i demodulatori Ispravljai i stabilizatori Brojni sistemi i logike operacije Logika kola Multivibratori Familije logikih kola Flip-flopovi, brojai i registri Memorije i mikroprocesori Programabilne komponente i ureaji Analogna integrisana kola Mjerni instrumenti Dizajniranje i odravanje elektronskih ureaja Stranica 4

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

14 18 22 27 32 37 41 46 52 58 65 72 78 82 89 95 100 106 112 117 122 127 132 139 144 150 154 159 163 171

7

UVOD Elektronika je jedan ogranak elektrotehnike te je prije prouavanja elektronike potrebno upoznati osnovne principe elektrotehnike i fizike. U ovom uvodnom poglavlju e biti objanjeni upravo ti principi, a takoer i date osnovne upute iz oblasti elektrotehnike i elektronike. Elektricitet Osnovna elektrina pojava je djelovanje privlanih i dobojnih sila izmeu tijela koja su naelektrisana (nabijena elektricitetom). Prostor u kome djeluju spomenute sile se zove elektrino polje. Npr. posmatrajmo dvije metalne ploe prikazane na slici 1. uz pretpostavku da je jedna od njih nabijena pozitivnim, a druga negativnim elektricitetom.

Sl. 1. Elektrino polje Te dvije ploe se privlae, a izmeu njih je prisutno elektrino polje. Jaina elektrinog polja E se rauna po formuli:

gdje je U napon izmeu ploa, a d razmak izmeu ploa. Npr. ako je napon izmeu dvije ploe 10V, a razmak 1cm tada je jaina elektrinog polja E=U/d=10V/0,01m=1000V/m. Napon se mjeri u voltima V. Sila F kojom se ploe meusobno privlae se rauna po formuli:

gdje je C kapacitet kondenzatora koga ine spomenute ploe. Kapacitet kondenzatora C se rauna po formuli:

gdje je S povrina ploa, a dielektrina konstanta izolatora koji se nalazi izmeu ploa.

8

Elektrina struja U primjeru sa slike 1. izmeu metalnih ploa se nalazio vazduh tj. izolator, ali pretpostavimo da se izmeu ploa nalazio provodni materijal (provodnik, vodi) npr. neki metal. Tada bi kroz provodnik potekla elektrina struja. Jaina elektrine struje kroz provodnik se rauna po formuli (Omov zakon):

gdje je I jaina struje, a R otpor provodnika (vodia). Npr. ako je napon U=10V, a otpor R=2 tada je struja I=U/R=10/2=5A. Otpor se mjeri u omima , a struja u amperima A. Njemaki fiziar Georg Ohm je ovaj zakon objavio 1827. godine. Otpor R provodnika se rauna po formuli:

gdje je specifini otpor provodnika, S povrina poprenog prijesjeka provodnika i d duina provodnika. Vezano za struju kroz provodnike potrebno je definisati pojam gustine struje. Odnos jaine struje koja tee kroz provodnik i povrine poprenog prijesjeka tog provodnika naziva se gustina struje i oznaava slovom J:

Ako je povrina S=55=25mm2 tada je uz struju I=5A gustina struje J=5/25=0,2 A/mm2 . Gustina struje je mjerilo optereenja provodnika. Drugim rijeima reeno to je gustina struje vea provodnik je vie optereen. Naime provodnik se moe uporediti sa cjevovodom kroz koga tee voda ako pokuamo preveliku koliinu vode propustiti kroz usku cijev doi e do pucanja cijevi. Na isti nain, ako kroz tanku icu propustimo prejaku struju ica e se pregrijati i pregoriti. U provodniku se vri konverzija (pretvaranje) elektrine energije u toplotnu. Npr. ako je otpor provodnika R=2 i struja kroz njega I=5A tada je snaga koja se pretvara u toplotu data izrazom: P=UI=RI2=252=225=50W Snaga se mjeri u vatima W. Kao to vidimo u ovom provodniku se 50W snage pretvara u toplotu. Ova toplota sa provodnika zrai u vanjski prostor. Dozvoljena gustina struje kroz provodnik ovisi o nainu hlaenja provodnika. Ako je hlaenje zrakom tada se moe uzeti kao pravilo da je dozvoljena gustina struje kroz bakar 2,5 A/mm2. Meutim, ako je hlaenje slabo tada je ova struja mnogo manja. Dalje, ako struja tee sa prekidima (tzv. intermitentni pogon) tada se moe dozvoliti gustina do 10 A/mm2. Na slici 2. su dati vremenski dijagrami razliitih struja.

Sl. 2. Razliite struje

9

Kao to se vidi sa slike 2. jednosmjerna (istosmjerna) struja kakvu dobivamo npr. iz baterija i akumulatora ima konstantnu vrijednost i ne mijenja se sa vremenom. Iz elektrine mree dobivamo tzv. sinusoidalnu izmjeninu (naizmjeninu) struju. Ova struja se naziva sinusoidalna zato to njezin vremenski dijagram ima oblik krive sinusoide. U anglosaksonskoj terminologiji jednosmjerna struja se zove DC (Direct Current), a izmjenina struja AC (Alternate Current). Elektrina kola jednosmjerne struje Posmatrajmo jednostavno elektrino kolo jednosmjerne struje prikazano na slici 3.

Sl. 3. Jednostavno elektrino kolo jednosmjerne struje Ovo elektrino kolo se sastoji od tri grane kroz koje teku struje I1, I2 i I3. Kolo ima dva vora (vor 1 i vor 2). Ovo kolo je potrebno analizirati tj. izraunati struje u svim granama. Pretpostavimo da je napon baterije E=10V, otpornik R1=1 , a otpornik R2=2 . Analizu kola emo vriti primjenom Kirhofovih (Kirchhoff) zakona. Njemaki naunik Gustav Kirchhoff je svoje zakone objavio 1845. godine. Prvi Kirhofov zakon kae da je suma (zbir) struja koje ulaze u jedan vor jednak nuli: I1=I2+I3 odnosno I1-I2-I3=0 to je logino samo po sebi. Naime ukoliko u vor 1 utie struja I1, a istiu struje I2 i I3 tada je logino da je I1=I2+I3. Elekrina struja se moe uporediti sa tokom vode tako da je logino da iz jedne rave istie onoliko vode koliko i utie. Drugi Kirhofov zakon kae da je suma napona po zavorenoj konturi jednak nuli. U biti je drugi Kirhofov zakon proirenje Omovog zakona. Kolo sa slike 3. ima tri konture kao to je prikazano na slici 4.

Sl. 4. Konture

10

Primjenimo li drugi Kirhofov zakon na konturu 1 dobivamo: E=I3R2 odnosno E-I3R2=0 a na konturi 3 drugi Kirhofov zakon daje: I2R1=I3R2 odnosno I2R1-I3R2=0 Da bismo analizirali kolo sa tri grane moramo postaviti tri jednaine. Naime kolo sa tri grane ima tri struje koje treba sraunati. Jezikom matematike reeno da bi smo odredili tri nepoznate trebamo postaviti tri jednaine sukladno principima linearne algebre. Postavljamo jednu jednainu po prvom Kirhofovom zakonu i dvije jednaine po drugom Kirhofovom zakonu: I1-I2-I3=0 E-I2R1=0 E-I3R2=0 odnosno kada uvrstimo vrijednosti: I1-I2-I3=0 => I1=15A 10-I21=0 => I2=10A 10-I32=0 => I3=5A Rjeavanjem sistema od tri linearne jednaine sa tri nepoznate smo izraunali struje u sve tri grane. Na slici 5. je prikazano elektrino kolo koje je za nijansu sloenije od kola sa slike 3.

Sl. 5 Kolo jednosmjerne struje Sistem jednaina koji determinie kolo sa slike 5. je: I1-I2-I3=0 E-I1R1-I2R2=0 E-I1R1-I3R3=0 Elektrina kola sinusoidalne izmjenine struje Pri analizi kola sinusoidalne izmjenine struje se koriste isti principi kao i pri analizi kola jednosmjerne struje, ali se umjesto realnih brojeva koriste kompleksni brojevi. Naime jednosmjerna struja je skalarna veliina, a izmjenina sinusoidalna struja je vektorska veliina. Dijeljenje vektora nije definisano u matematici pa se za potrebe analize kola izmjenine struje primjenjuju kompleksni brojevi. Analizu kola sinusoidalne izmjenine struje je razradio njemaki naunik Charles Steinmetz 1894. godine. Prije nego li je tajnmec razradio analizu primjenom kompleksnih brojeva kola izmjenine struje su analizirana

11

postavljanjem sistema linearnih diferencijalnih jednaina ili primjenom fazorskog rauna koji je odranije bio razraen u mehanici. Na slici 6. je prikazan vremenski dijagram sinusoidalne izmjenine struje.

Sl. 6. Vremenski dijagram sinusoidalne izmjenine struje Sa slike 6. vidimo da se fazni poloaj sinusoidalnog signala izraava stepenima kao i veliina ugla. Na slici 7. su prikazana dva sinusna signala koji su fazno pomjereni jedan u odnosu na drugi. Oni su pomjereni za ugao .

Sl. 7. Fazni pomak (pomjeraj) Dalje za izmjeninu struju se definiu amplituda struje i njezina efektivna vrijednost to je ilustrovano na slici 8.

Sl. 8. Amplituda i efektivna vrijednost sinusoidalne izmjenine struje Amplituda ili vrna vrijednost je najvia vrijednost koju struja dostie i via je od njezine efektivne vrijednosti. Npr. efektivni napon mrene struje je 230V, a njezina amplituda je

12

324V. Prije poetka primjene izmjenine struje za elektrinu rasvjetu je koritena jednosmjerna struja standardnog napona 100V. Kada se sa jednosmjerne struje prelo na izmjeninu bilo je potrebno napojiti svjetiljke strujom napona takvog da intenzitet svjetlosti bude isti kao i sa jednosmjernom strujom. Ispostavilo se da je potreban izmjenini napon amplitude 141V, jer je efektivna vrijednost ovog napona zapravo 100V tj. za 2 =1,41 je nii od amplitude. Precizna definicija efektivne vrijednosti struje je data kao:

Dakle, izmjenina struja je definisana sa dvije veliine: efektivna vrijednost i faza (ve je reeno da je izmjenina struja vektorska veliina). Npr. kaemo da je vrijednost struje I=5A37 Ovo je tzv. polarni oblik prikaza. Dalje, trebamo se podsjetiti nekih pojmova vezano . za kompleksne brojeve. U kompleksnom broju z = a + bi broj a se naziva realni dio, pie se a = Re(z), a broj b je imaginarni dio i pie se b = Im(z). Ovdje su a i b realni brojevi. Veliina i je tzv. imaginarna jedinica i vrijede odnosi:

i = 1 i 2 = 1Pri analizi alaktrinih kola umjesto oznake i za imaginarnu jedinicu se koristi oznaka j jer je u elektrotehnici oznaka i rezervisana za struju. Dakle vrijedi:

j = 1

j 2 = 1Uzmimo npr. kompleksni broj z=4+j3 i predstavimo ga grafiki u komplesnoj ravni (slika 9.)

Sl. 9. Kompleksna ravan Sraunajmo koliki su modul i argument kompleksnog broja z=4+j3. Modul raunamo primjenom Pitagorine teoreme kao:

13

= Re 2 + Im2 = 4 2 + 32 = 16 + 9 = 25 = 5Bolji poznavoci matematike e se sjetiti da su stari narodi prije vie hiljada godina brojeve 3, 4 i 5 koristili za kreiranje pravog ugla od 90 Na pravili bi tri tapa sa duinama 3, 4 i 5 te ih . postavili tako da formiraju trokut. Na taj nain bi dobili trokut sa jednim pravim uglom. Postupak raunanja argumenta je neto sloeniji. Argument se rauna primjenom arkus tangens funkcije:

Dakle, struja od 5A sa faznim stavom 37 se u Karte zijanskom obliku izraava kao:

I = 4 + j 3( A)Posmatrajmo dalje kako se otpornik, kondenzator i zavojnica ponaaju u kolu izmjenine struje i definiimo pojmove impedanse, rezistance i reaktanse. Impedansa je pokazatelj otpora toku izmjenine elektrine struje i oznaava se slovom Z:

gdje je R omski otpor (rezistansa), a X reaktansa. Kada imamo otpornik u kolu izmjenine struje njegova impedansa je:

Kondenzator u kolu jednosmjerne struje predstavlja prijekid kola, jer jednosmjerna struja praktino ne tee kroz kondenzator (tok jednosmjerne struje kroz kondenzator je ekstremno slab i praktino zanemariv). Meutim izmjenina struja moe da tee kroz kondenzator, a impedansa kondenzatora se rauna po formuli:

Kao to vidimo kondenzator ima samo reaktansu. Kruna frekvencija (kutna uestanost) se rauna po formuli:

Npr. uz mrenu frekvenciju f=50Hz imamo krunu frekvenciju =2f=314. Slina stvar je i sa zavojnicom. Zavojnica u kolu elektrine struje predstavlja inercioni element koji sprjeava brze promjene toka struje poput nekog priguivaa. Zavojnice se izauju tako to se na tijelo od izolatora koje najee ima valjkast oblik namota odreeni broj zavojaka izolovane bakarne ice. Za zavojnicu se jo koriste termini svitak, kalem, solenoid i induktor. Zavojnica za jednosmjernu struju praktino predstavlja kratak spoj, jer je omski otpor zavojnice najee zanemariv. Impedansa zavojnice se rauna po formuli:

14

Na slici 10. je prikazan serijski spoj otpornika, kondenzatora i zavojnice. Na slici 11. je dat primjer kola izmjenine struje. Kao to vidimo kolo izmjenine struje se u biti ne razlikuje mnogo od kola jednosmjerne struje.

Sl. 10. Serijski spoj otpornika, kondenzatora i zavojnice

Sl. 11. Primjer kola izmjenine struje Analiza kola izmjenine struje se vri na potpuno isti nain kao i analiza kola izmjenine struje uz razliku to se umjesto realnih brojeva koriste kompleksni brojevi. Radionica elektroniara Radni sto elektroniara mora imati dimenzije minimalno 100x60cm, a optimalne dimenzije su 80x160cm. Na stolu treba biti velika pomjerajua lupa (povealo) fiksirana na sto te stolna lampa takoer sa opcijom pomjeranja. Postoje i lupe sa ugraenom lampom koje su jako praktine. Dalje na sto se montira mali krip (stega) i izvori napajanja. Spisak osnovnog elektroniarskog alata je dat u tabeli 1. Tabela 1. Osnovni elektroniarski alat Lupa, fiksna Set kljueva Lupa, prijenosna Kombinovana klijeta Svjetiljka, fiksna Lemilo Svjetiljka, prijenosna Pinceta krip (stega) Set izvijaa Univerzalni instrument Izvori napajanja Signal generator Osciloskop Od svega navedenog najbitnije je imati kvalitetna kombinovana klijeta sa iljatim vrhom, set izvijaa, pinceta i lemilo. Dobro je imati torbicu za alat. Ako je u pitanju radionica elektroniara amatera jako je bitno zatiti alat i drugo od djece i drugih osoba koje bi se eventualno mogle ozlijediti. Danas kada se mnogo primjenjuju mikrokontroleri i slino PC raunar je takoer veoma bitan alat. Radno mjesto elektroniara amatera je esto jedna 15

polovina kuhinjskog stola na kojoj elektroniar radi svoje majstorije dok na drugoj polovini njegova mati ili supruga pripremaju ruak. Elektronika kao profesija Elektroniari profesionalci se danas bave ili dizajniranjem ili odravanjem elektronskih ureaja. Naime, danas je proizvoidnja elektronskih ureaja visoko automatizirana tako da na poslovima proizvodnje obino rade priueni niskokvalificirani radnici i tek poneki educirani elektroniar koji vri poslove nadzora i kontrole. Danas se dizajniranje elektronskih ureaja vri primjenom raunara. Odravanje elektronskih ureaja je danas svedeno na minimum, jer se danas elektronski ureaji sve manje popravljaju, a sve vie mijenjaju novim u sluaju otkaza i tavie i prije njihovog otkaza. Elektronika kao hobi Elektronika je lijep hobi. Svako moe bez nekih velikih investicija priutiti sebi lemilicu, par izvijaa i kombinovana klijeta te sastavljati elektronske sklopove i uivati u rezultatu. Kada je vrijeme lijepo najpametnije je slobodno vrijeme provesti u prirodi, ali kada su loe vremenske prilike te je ovjek prisiljen ostati u sigurnosti doma svoga zgodno je sastaviti poneki ureaj. Ovo moe biti pogotovo korisno za mlae ljude koji imaju namjeru da se u zreloj dobi bave elektronikom kao profesijom. Sastavljajui ureaje te analizirajui njihov rad mladi konstruktori mogu mnogo nauiti. Za mlade konstruktore je veoma bitno da nakon to sastave ureaj provedu mnogo vremena na mjerenjima i ispitivanjima ureaja kako bi shvatili njegovu funkcionalnost i vremenom preli na narednu fazu, a to je dizajniranje ureaja. Nije preporuljivo da konstruktori amateri sami prave tampane (tiskane) ploice za elektronske ureaje iz vie razloga, a glavni je injenica da izrada ploica moe biti opasna po zdravlje odnosno konstruktor se moe ozlijediti. Dalje, kada su u pitanju mlai konstruktori preporuuje se iskljuivo izrada baterijski napajanih ureaja, a nikako ureaja napajanih naponom 220V. Postoji mnotvo ureaja koje konstruktor amater moe sastaviti (pojaala, ispravljai, sirene, asovnici itd), a preporuljivo je odabrati neki ureaj koji e kasnije biti od koristi konstruktoru. Takoer je dobro koristiti tzv. KIT komplete u kojima se dobivaju svi dijelovi potrebni za gradnju ureaja i detaljno uputsvo. Danas je ponuda KIT kompleta jako velika i izbor ureaja je vrlo irok. Osim KIT kompleta dobra stvar za amatere konstruktore su univerzalni kompleti za eksperimentisanje koji sadre potrebne dijelove obino za po nekoliko desetaka ureaja. Takoer, mogu se nabaviti relativno jeftini (ponekada i besplatni) softverski paketi za simuliranje elektronskih ureaja koji omoguavaju da se ureaj sagradi i ispita na ekranu PC raunara. Nakon to se elektronski ureaj sastavi obino ga treba smjestiti u neko kuite. Mogu se nabaviti gotova kuita ili eventualno iskoristiti npr. kutija od sapuna, razvodna kutija za elektronistalacije i slino, ali esto se elektroniari amateri uputaju u izradu kuita od metala i drveta to ih odvede ka drugim hobijima bravariji i stolariji. Dobro je ako se elektroniar hobista drui sa stolarom hobistom te mu on moe praviti kuita za njegove ureaje. Na kraju nije zgoreg rei i koju rije o historiji amaterskog bavljenja elektronikom. 1920.-tih godina su poele sa radom prve difuzne radio-stanice te se radioprijemnicima mogao pratiti njihov program. Meutim u to vrijeme radioprijemnici su bili basnoslovno skupi i rijetki su bili ljudi koji su sebi mogli priutiti njegovu kupovinu, ali zato su dijelovi za radioprijemnike bili relativno jeftini te se samogradnjom moglo doi do radioprijemnika po mnogo nioj cijeni nego da se isti kupuje. 1920.-tih godina su organizovani kursevi (teaji) za samogradnju radioprijemnika. Kasnije su se osim radioprijemnika masovno u samogradnji gradila elektrina pojaala. Sve do 1980.-tih godina bilo je ekonomski isplativo praviti elektronske ureaje u samogradnji. tavie mnogima je elektronika bila dodatni izvor prihoda, jer su u slobodno vrijeme sastavljali pojaala, lightshow i druge ureaje te ih kasnije prodavali. Danas stvari stoje drugaije i u 90% sluajeva se samogradnja elektronskih ureaja ekonomski ne isplati, ali kao to je ve reeno mladim ljudima koji planiraju da im nekada elektronika bude profesija je sigurno korisno da sastave poneki ureaj te ga kasnije analiziraju i testiraju i kroz to mnogo naue.

16

Ve je reeno da mnogi elektroniari amateri skrenu u stolariju i bravariju koji su takoer lijepi hobiji, ali bitno je napomenuti da su elektronici srodni hobiji i klasina elektrika (bavljenje elektromotornim pogonima, sistemima automatike i drugo) te svakako matematika, informatika i fizika. Naime bez dobrog poznavanja matematike, informatike i fizike nema ni dobrog poznavanja elektronike.

17

OTPORNICI Precizna struna definicija kae da su otpornici elektronske komponente koje se u odreenoj mjeri suprotstavljaju proticanju elektrine struje. Meutim kao i sve druge suhoparne strune definicije ona ne govori mnogo. Ako biste nekog eksperta elektroniara upitali da vam objasni ta je to otpornik vjerovatno nita ne bi objanjavao ve bi dohvatio prvi otpornik na koji naie u svojoj radionici i pokazao ga uz komentar "Evo, ovo ti je otpornik !". Sjeam se kada sam davno u jednoj prodavnici elektroopreme ljubaznu prodavaicu upitao dre li otpornike otpora 220 k dobio odgovor "Otpornik ? Jel' to ono malo areno ?" alu na stranu otpornici su naizgled trivijalne, ali u svojoj biti veoma znaajne komponente elektronskih ureaja. Na slici 1. su prikazne razne izvedbe otpornika.

Sl. 1. Otpornici Veina nas je za otpornike prvi puta ula na asovima fizike kada smo uili poznati Omov zakon:

U = RIkoji kae da je pad napona na otporniku direktno proporcionalan otporu otpornika i struji koja tee kroz otpornik. Drugim rijeima reeno napon na otporniku je vei to otpornik ima vei otpor i to je struja kroz otpornik jaa. Njemaki fiziar Georg Simon Om (Georg Simon Ohm) je navedeni zakon objavio jo daleke 1827. godine (dakle prije nekih 180 godina) i time udario jedan od glavnih temelja elektrotehnike ija je jedna vrlo znaajna oblast i elektronika. U prethodno navedenoj formuli za napon smo koristili oznaku U, za struju I, a za otpor R. Oznaka R za otpor ima korijen u engleskom jeziku na kome se za otpor koristi rije resistance. Na naem jeziku se za otpornike esto koristi vrlo slian naziv rezistori. Glavni podaci o otporniku tj. rezistoru su njegov otpor R i njegova elektrina snaga P. Jedinica za otpor nosi ime OM upravo prema pomenutom njemakom fiziaru, a za oznaavanje se koristi grko slovo (omega). Kod otpornika manjeg otpora se esto umjesto oznake koristi oznaka E sa istim znaenjem. Osim oma vrlo esto se koriste vee jedinice kiloom (k ) i megaom (M ): 1k = 1000 ,1M = 1000 k = 1000 000 .

Jedinica za snagu je VAT, a dobila je ime po kotskom fiziaru Demsu Vatu (James Watt). Oznaka za jednicu snage je W. Elektrina snaga disipirana na otporniku se rauna prema formulama:

18

P =U I = RI 2 =

U2 . R

U prethodnoj reenici smo upotrijebili pojam disipacije kada smo rekli da se elektrina snaga disipira na otoprniku. Sam pojam dispacija znai rasipanje, a konkretno u ovom sluaju se misli na rasipanje elektrine snage koja se na otporniku pretvara u toplotnu snagu. Ako bismo u elektronski sklop umjesto predvienog otpornika snage npr. 1 W ugradili otpornik snage npr. 0,5 W tada bi dolazilo do pregrijavanja otpornika, jer isti nebi bio u stanju da dovoljnu koliinu elektrine energije pretvori u toplotnu energiju, u zadanom vremenu, to bi u konanici dovelo do pregaranja otpornika. Otpornik koji je pregorio ima beskonaan otpor. Pored otpora vezano za otpornike se definie i provodnost G kao reciprona vrijednost od otpora:

G=

1 R

Jedinica za provodnost je SIMENS, a dobila je ime po njemakom nauniku i industrijalcu Verneru Simensu (Ernst Werner von Siemens). Oznaka za jednicu snage je S. Jedinica simens je uvedena u upotrebu 1971. godine, a ranije se koristila jedinica MHO (anagram od OHM).

Sl. 2. Oznaavanje otpora otpornika prstenovima u boji Otpor otpornika se oznaava pomou prstenova u boji kao to je ilustrovano na slici 2. Ukupno se nanose 4 prstena na tijelo otpornika pri emu prva tri prstena oznaavaju otpornost otpornika, a posljednji prsten oznaava toleranciju otpora. U tabeli 1. je dato tumaenje znaenja pojedinih boja. Tolerancije se oznaavaju srebrnom (10%) i zlatnom (5%) bojom. Tabela 1. Oznake otpora prstenovima u boji Boja Broj Umnoak Crna 0 1 Smea 1 10 Crvena 2 100 Narandasta 3 1000 uta 4 10 000 Zelena 5 100 000 Plava 6 1000 000 Ljubiasta 7 10 000 000 Siva 8 100 000 000 Bijela 9 1000 000 000 Npr. ako su na otporniku prstenovi sa bojama narandasta-bijela-smea-zlatna tada je otpornost otpornika 390 , a tolerancija je 5%. Dakle na otpornik ima otpornost negdje izmeu 370,5 i 409,5 to su donja i gornja granica tolerancije. Kao to vidimo prva dva

19

prstena oznaavaju cifre, a trei prsten oznaava umnoak tj. broj nula. Postoji i sistem oznaavanja sa 5 prstenova kod kojeg prva etiri prstena oznaavaju otpornost otpornika, a posljednji prsten oznaava toleranciju otpora. Sistem sa 5 prstenova se uglavnom koristi kod otpornika sa niskim tolerancijama i rijetko se susree. Najee se koriste otpornici snage 0,25 W iji prjenik je priblino 1,5 mm i otpornici snage 0,5 W sa prjenikom priblino 3 mm. Kao to vidimo vee dimenzije otpornika znae i veu snagu. Proizvode se otpornici sa konstantnim otporom (stalni otpornici), otpornici sa promjenljivim otporom i specijalni otpornici. Postoje dvije vrste otpornika sa promjenljivim otporom i to potenciometri i trimeri. Sa potencimetrima se svakodnevno susreemo, jer npr. jaina reprodukcije zvuka se jo uvijek vrlo esto podeava pomou potenciometra premda se sve vie za te svrhe koriste digitalni regulatori. Sam naziv potenciometar ima korijen u primjeni potenciometara za regulaciju elektrinog potencijala. Za razliku od potenciometara iju otpornost podeavamo pomou ruice otpornost trimera se podeava pomou izvijaa. Sama rije trimer na engleskom jeziku znai podeava ili dotjeriva. Specijalni otpornici su termistor (NTC otpornik), pozistor (PTC otpornik), fotootpornik (LDR otpornik) i varistor (VDR otpornik). Termistor je otpornik iji se otpor mijenja sa promjenom temperature i to tako to pri porastu temperature otpor termistora opada. Dakle termistor ima negativan temperaturni koeficijent NTC. Naprotiv otpor pozistora raste sa porastom temperature odnosno pozistor ima pozitivan temperaturni koeficijent PTC. Termistori i pozistori se koriste za mjerenje temperature. Npr. temperatura mikroprocesora raunara se mjeri ugraenim termistorom u svrhe zatite istog. Takoer savremeni elektronski termostati temperaturu prostorije mjere pomou termistora. Fotootpornici su otpornici ija otpornost opada kada se osvijetle. Koriste se u ureajima za regulaciju svjetlosti. Npr. paljenje uline rasvjete se moe vriti pomou automata sa ugraenim fotootpornikom. Skraenica LDR potie od engleskog izraza Light Dependent Resistor otpornik ovisan o svjetlosti. Varistori su otpornici ija otpornost opada nakon to se napon na njima povea iznad zadane granice. Kada na varistor dovedemo nizak napon on ne provodi struju (ima jako veliki otpor), a kada poveamo napon do odreene granice on provede struju (opadne mu otpor). Varistori se koriste za zatitu od previskih napona. Npr. produni kablovi sa ugraenom prenaponskom zatitom sadre varistor. Uloga varistora je da u sluaju pojave previsokog napona uzrokovanog npr. udarom groma propusti struju te na taj nain izazove pregaranje osiguraa koji se takoer nalazi unutar produnog kabla. Osim pregaranja osiguraa posljedica protoka struje kroz varistor jeste i "obaranje" napona ime se titi oprema napojena preko predmetnog produnog kabla. Skraenica VDR potie od engleskog izraza Voltage Dependent Resistor otpornik ovisan o naponu. Na slici 3. su date oznake navedenih otpornika koje se koriste za crtanje shema elektronskih ureaja.

Sl. 3. Oznake otpornika na shemama

20

Reostat je otpornik promjenjivog otpora koji se obino koristi za eksperimentisanje. Postoji vie tehnolokih postupaka izrade otpornika. Najstarija tehnologija je izrada otpornika namotavanjem ice na tijelo od izolatora. Danas se koristi niz tehnologija kao to su npr. tehnologija nanoenja otporne materije u vidu tankog filma na tijelo od izolatora. Otpor otpornika vezanih seriju se sabire, a ako ih veemo u paralelu sabire se njihova provodnost kao to je ilustrovano na slici 4.

Sl. 4. Serijska i paralelna veza otpornika U prethodnom tekstu u navedeno vie primjera primjene otoprnika, a na slici 5. je data shema jednostavnog elektronskog ureaja (miksete) koja se sastoji iskljuivo od otpornika.

Sl. 5. Shema jednostavne dvokanalne miksete Mikseta sa slike 5. je vrlo jednostvna, jer ima samo dva ulaza i nema mogunost podeavanja jaine zvuka pojedinih kanala. Podeavnje jaine zvuka se moe jednostavno postii pomou potenciometra, ali to nije predvieno, jer je namjena ove miksete da omogui spajanje 2 izvora zvuka kao to su npr. TV aparat i muzika linija na jedno pojaalo. Poto navedeni izvori signala imaju vlastito podeavanje jeine zvuka nema potrebe da se isto vri i na mikseti. Ako se eli postii stereo reprodukcija potrebne su dvije ovakve miksete. Premda je ova mikseta vrlo jednostvan elektronski sklop pogodan za gradnju onima koji nemaju iskustva preporuujemo da potrae pomo nekog iskusnijeg elektroniara. Danas se pored elektroniara profesionalaca elektronikom bave i mnogi hobisti. Takoer jako je mnogo ljudi koji spadaju u obje kategorije, jer se elektronikom bave i profesionalno i u slobodno vrijeme. Oni obino nikada ne znaju gdje prestaje profesija, a gdje poinje hobi i obrnuto.

21

KONDENZATORI Kondenzatori su elektronske komponente koje mogu da zadravaju elektrine naboje. Drugim rijeima reeno kondenzatori predstavlju svojevrsne akumulatore elektrine energije. Za razliku od npr. olovnih akumulatora kakvi se koriste u automobilima kondenzatori akumuliu znatno manju koliinu energije, a i sam proces akumulacije se bitno razlikuje. Pojam kondenzator je u na jezik (kao i niz drugih tehnikih pojmova) doao iz njemakog jezika u kome se za kondenzator koristi isti naziv - Kondensator. Pojam kondenzator vie asocira na fenomen kondenzacije sa kojim nema nikakve povezanosti te engleski pojam capacitor djeluje mnogo prikladnije, ali bio dobar ili ne u naem jeziku se odomaio spomenuti termin. Prvi kondenzator je konstruisan jo daleke 1745. godine u Nizozemskoj na univerzitetu Lajden (Leyden). Taj prvi kondenzator je u stvari bio obina flaa napunjena vodom kroz iji otvor za ep je provuen metalni lanac koji je ostvarivao kontakt sa vodom. Voda i pomenuti lanac su bili jedna elektroda, a ruka ovjeka koji je drao flau duga elektroda. Ubrzo je spomenuti kondenzator unaprijeen tako to je oko flae omotana metalna folija koja je predstavljala elektrodu. Ovakav kondenzator je nazvan lajdenska flaa (lajdenska boca). Interesantno je napomenuti da se vezano za pronalazak lajdenske flae desio jedan od prvih ozbiljnih sluajeva povrede elektrinom strujom. Naime jedan od eksperimentatora je jedva preivio elektrini udar strujom iz jedne od lajdenskih flaa. Savremeni kondenzatori se proizvode tako to se izmeu dvije metalne folije postavi neki izolacioni materijal npr. keramika. Na slici 1. su prikazane razne izvedbe savremenih kondenzatora.

Sl. 1. Kondenzatori Dva glavna podatka o kondenzatoru su kapacitet C i probojni napon U. Ukoliko na kondenzator narinemo vii napon od probojnog doi e do proboja izolacije kondenzatora. Mehaniki ekvivalent napona je sila. Dakle, kada izolaciju kondenzatora opteretimo naponom viim nego to ona moe da izdri to je isto kao da npr. most opteretimo veim teretom nego to je predvieno. Kondenzator ija izolacija je probijena ima otpor nula tj. provodi struju. Odnos napona U, naboja Q i kapaciteta C kondenzatora je dat relacijom:

Q = C UJedinica za napon je VOLT, a dobila je ima prema italijanskom nauniku Aleksandru Volti (Alessandro Volta) koji poznat izmeu ostalog i po pronalasku prve baterije poznate pod nazivom voltin element. Oznaka za volt je V. Jedinica za kapacitet kondenzatora je FARAD, a oznaka F. Jedinica farad je imenovana prema engleskom nauniku Majklu Faradeju (Michael Faraday). Osim farada mnogo se koriste manje jedinice mikrofarad (F), nanofarad (nF) i pikofarad (pF). Vrijede odnosi:

22

1 F = 1000 000 F = 1000 000 000 nF = 1000 000 000 000 pF . Osim kapaciteta C vezano za kondenzatore se definie i elasticitet kao reciprona vrijednost od kapaciteta:

1 CZa elasticitet nije odreena oznaka, a jedinica je DARAF kao anagram od FARAD. Jedinica za elektrini naboj je KULON, a oznaka C. Ime jedinici je dato prema francuskom nauniku arlu Kulonu (Charles Augustin de Coulomb). Kao to vidimo imamo tri jedinice i tri naunika iz tri razliite zemlje. Postoje sljedee vrste kondenzatora: stalni kondenzatori, promjenljivi kondenzatori, trimeri i elektrolitski kondenzatori, njihove oznake su date na slici 2. Na slici 3. je prikazan promjenljivi kondenzator.

Sl. 2. Oznake kondenzatora na shemama

Sl. 3. Promjenljivi kondenzator Kapacitet promjenljivih i trimer kondenzatora se moe podeavati u odreenim granicama. Podeavanje kapaciteta promjenljivog kondenzatora se vri pomou ruice, a podeavanje trimera pomou izvijaa. Promjenljivi kondenzatori se koriste npr. u radioaparatima za odabir radio stanica. Izolacija elektrolitskih kondenzatora sadri elektrolit. Elektrolitski kondenzator ima pozitivni i negativni prikljuak. Pozitivni prikljuak elektrolitskog kondenzatora uvijek mora biti na viem potencijalu od negativnog, jer u suprotnom kondenzator ekspolodira. Naime usljed procesa elektrolize unutar kuita kondenzatora se oslobaaju gasovi te pritisak unutar kuita jako poraste. Zato elektrolitski kondenzatori imaju ep od gume ili slinog materijala koji predstavlja jednu vrstu sigurnosnog ventila, jer navedeni ep pri porastu pritiska ispadne te pritisak pada. Ipak nikada ne treba elektrolitski kondenzator inverzno polarisati, jer pored prilino opasne eksplozije dolazi doisticanja elektrolita koji moe dovesti do oteenja drugih komponenti elektronskog sklopa. Ako se dva kondenzatora veu paralelno tada se njihov kapacitet sabire, a ako se veu u seriju tada im se sabire elasticitet kao to je ilustrovano na slici 4.

23

Sl. 4. Serijska i paralelna veza kondenzatora Kondendenzatori zadravaju elektrine naboje i nakon iskljuenja ureaja to ponekada moe biti opasno. Ve je spomenut moda i prvi sluaj elektrinog udara koji se desio 1745. godine upravo tokom eksperimentisanja sa kondenzatorima. Da bi se izbjegla opasnost, kondenzatore spojene na visoke napone prije ispitivanja treba kratko spojiti da bi se ispraznili. Najbolje je pranjenje provesti preko otpornika malog otpora, ali u praksi se za te svrhe obino koristi obini izvija. Svaka maina za pranje vea na kuitu elektromotora ima ugraen kondezator. Iz navedenog razloga prilikom otvaranja kuita maine svaki majstor obino prvo izvijaem isprazni spomenuti kondenzator za svaki sluaj. Vezano za kondenzatore u naem jeziku se zadrao jedan arhini glagol narinuti. Naime kada kaemo da se na kondenzator prikljuuje izvor napajanja obino kaemo da je na kondenzator narinut napon. U svakodnevnom jeziku umjesto glagola narinuti danas obino koristimo glagol nagurati, ali kada su kondenzatori u pitanju nikada neemo rei da je na kondenzator naguran napon. Na slici 5. su date sheme za provoenje eksperimenta koji ilustruje funkciju kondenzatora kao akumulatora.

Sl. 5. Ilustracija funkcije kondenzatora Ukoliko spojimo bateriju napona 4,5 i odgovarajuu malu sijalicu kakva se koristi u baterijskim lampama prema shemi sa slike 5. dobivamo prosti strujni krug. Pritiskom na prekida sijalica se istog momenta pali. Takoer, ako iskljuimo istog momenta sijalica se gasi. Meutim, ako spojimo kondenzator kapaciteta 10000 F paralelno sa sijalicom primjetiemo da se sijalica opet momentalno pali pri ukljuenju, ali pri iskljuenju sijalica se nee momentalno ugasiti. Uzrok ovome je proces pranjenja akumulisane elektrine energije u kondenzatoru. Jo bolje je umjesto jednog kondenzatora kapaciteta 10000 F spojiti 5-10 ovakvih kondenzatora u paralelu, jer je u tom sluaju akumulisana elektrina energija vea. Pri ukljuenju sijalica se opet momentalno pali zbog injenice da baterija ima vrlo mali unutranji otpor te se preko njega kondenzator skoro pa trenutno napuni. Ova pojava je iskoritena za konstrukciju ureaja kao to su npr. stubini automati. Kao to znamo kada pritisnemo dugme stubinog automata sijalice u stubitu svijetle izvjesno vrijeme i nakon to otpustimo taster automata. Na slici 6. je data shema vrlo jednostavnog elektronskog sklopa koji se sastoji od jednog kondenzatora i jednog varistora, a koji slui za zatitu osjetljivih potroaa kao to su npr. PC raunari od prenapona u mrei. Kao to je poznato prenaponi u

24

mrei se javljaju najee uslje udara groma ili iskljuenja jakih potroaa. Sklop sa slike 6. se moe ugraditi u produni kabl, u kuite utinice ili u razvodnu tablu stana ili kue.

Sl. 6. Sklop za zatitu od prenapona Kao to se vidi sa slike izmeu faznog vodia L i neutralnog vodia N spojimo keramiki kondenzator kapaciteta 4,7 nF i varistor S10K250. Probojni napon kondenzatora mora biti minimalno 350 V, a na crteu je upisan standardni napon od 500 V. Varistor S10K250 pri porastu mrenog napona iznad 250 V provede struju, tj. opadne mu otpor ime "obara" napon. Uloga kondenzatora je da "pokupi" kratkotrajne impulse visokog napona. Osim toga kondenzator u znaajnoj mjeri sprjeava prodor raznih smetnji koje putem mree dopiru do napajanog ureaja. Cijena ovakvog sklopa, ako ga sami sastavljamo, je priblino 1,5 KM, a njegovom ugradnjom moemo sprijeiti oteenje ili ak potpuno unitenje ureaja koji kotaju stotine i hiljade KM.

25

ZAVOJNICE I TRANSFORMATORI Zavojnica je elektronski element kod koga pri promjeni jaine struje koja tee kroz zavojnicu dolazi do indukovanja napona. Zavojnica u kolu elektrine struje predstavlja inercioni element koji sprjeava brze promjene toka struje poput nekog priguivaa. Zavojnice se izauju tako to se na tijelo od izolatora koje najee ima valjkast oblik namota odreeni broj zavojaka izolovane bakarne ice. Za zavojnicu se jo koriste termini svitak, kalem, solenoid i induktor. Termin solenoid se vie odnosi na zavojnice elektromagneta, a potie od latinske rijei sol to znai sunce. Pojam induktor potie iz engleskog jezika u kome se za zavojnicu koristi naziv inductor. Osim toga jedna specijalna vrsta zavojnice nosi naziv prigunica. Na slici 1. su prikazane razne izvedbe zavojnica.

Sl. 1. Zavojnice Dva glavna podatka o zavojnici su induktivitet L i dozvoljena jaina struje I. Jedinica za induktivitet je HENRI, a dobila je ime po amerikom fiziaru Dozefu Henriju (Joseph Henry). Oznaka za jednicu induktiviteta je H. Zavojnice se fabriki proizvode u standardnim izvedbama, ali esto u praksi pri konstruisanju elektronskih ureaja elektroniari runo izrauju zavojnice tako to ih namotavaju na valjkstom tijelu od izolacionog materijala. Potreban prjenik ice u milimetrima se odreuje prema formuli:

d = 0,7 IU datoj formuli se struja uvrtava u amperima. Npr. ako nam je potrebna zavojnica za struju od 4 A minimalan potreban prjenik ice je 1,4 mm:

d = 0,7 I = 0,7 4 = 1,4Prjenik ice zavojnica mora biti priblino duplo vei nego kod kablova zbog oteanog hlaenja. Osim toga otpor zavojnice treba biti to manji. Npr. kroz energetski kabl sa icama prjenika 1,4 mm, ija kvadratura poprenog prijesjeka je 1,5 mm2 bez problema moemo provoditi struje i do 10 A. Meutim, ako je u pitanju kabl za napajanje zvunika tada opet koristimo istu formulu kao i za zavojnice, jer nastojimo da otpor kabla bude to manji, a samim time i gubici snage u kablu to manji. Uzmimo konkretan primjer napajanja zvunika snage 100W i impedanse 4 . U ovom sluaju, ako je otpor kabla samo 0,5 imamo gubitke snage od priblino 10% na samom kablu! Iz navedenih razloga kablovi zvunika vee snage uvijek imaju veliku debljinu. Isti sluaj je i sa zavojicama kod kojih takoer nastojimo da smanjimo otpor na najmanju moguu mjeru. Nakon to izaunamo potreban prjenik ice potrebno je izaunati potreban broj zavojaka prema priblinoj formuli: 26

N=

100 l L D2

U datoj formuli l je duina zavojnice u cm, L induktivitet zavojunice u H, a D prjenik opet u cm. Prjenik zavojnice obino uzimamo desetak puta vei od prjenika ice te emo za icu prjenika 1,4 mm odabrati prjenik D=1,5 cm. Uz duinu zavojnice l=5 cm dobivamo priblian broj zavojaka zavojnice induktiviteta L=27 H:

N=

100 l L D2

=

100 5 27 = 78 1,5 2

Ako pomnoimo debljinu ice sa brojem zavojaka 1,5x78=117 mm to znai da bismo postigli duinu zavojnice 5 cm trebamo motati zavojnicu u 3 sloja. Kao to je ve reeno navedena formula daje priblino potreban broj zavojaka, a taan broj se odreuje eksperimentalno tako to se pomou instrumenta mjeri induktivitet zavojnice i po potrebi poveava ili smanjuje broj zavojaka. Induktivitet zavojnice se znaajno povea ako se ista namota na jezgru od izolovanih eljeznih limova ili na jezgru od ferita. Ferit je vrsta eljeza. Jezgro moe biti u obliku tapa, moe imati pravougaoni oblik ili prstenast (torusni) oblik. Na slici 2. su date oznake zavojnica koje se koriste za crtanje shema elektronskih ureaja.

Sl. 2. Oznake zavojnica Kao to vidimo pored zavojnica stalnog induktiviteta postoje i zavojnice promjenljivog induktiviteta. Promjena induktiviteta zavojnica se vri na vie naina, a najee pomou uvlaenja i izvlaenja feritnog jezgra. Variometar je vrsta zavojnice kod koje se induktivitet mijenja mehanikom rotacijom. Interesantno je da se isti naziv koristi i za vertikalni brzinomjer u vazduhoplovima koji mjeri brzinu penjanja ili poniranja vazduhoplova. Transformatori su elektronske komponente koje izmjeninu struju jednog napona pretvaraju u izmjeninu struju drugog napona. Osim u elektronskim ureajima transformatori se takoer koriste u niz drugih primjena kao to je npr. distribucija elektrine energije. Elektrodistributivni transformatori su velikih dimenzija za razliku od tranformatora u elektronskim ureajima koji mogu biti vrlo mali. Dva glavna podatka o transformatoru su naponi primarnog Up i sekundarnog namotaja Us i snaga transformatora P. Za razliku npr. otpornika ili zavojnica koji imaju dva prikljuka transformatori imaju etiri prikljuka. Zbog toga za transformatore kaemo da su etvoropoli, a za otpornike, zavojnice i druge komponente sa dva prikljuka kaemo da su dvopoli. Na slici 3. je prikazan najei spoj transformatora.

27

Sl. 3. Spoj transformatora Obino je napon na primarnom namotaju Up vei od napona Us na sekundarnom namotaju, a struja sekundara Is je obino vea od struje primara Ip. Postoje sljedee vrste transformatora: niskofrekventni (NF) transformatori, visokofrekventni (VF) transformatori, autotransformatori i regulacioni transformatori.

Sl.4. Oznake transformatora Niskofrekventni transformatori mogu da transformiu struje frekvencije do priblino 100 kHz, dok visokofrekventni transformatori transformiu struje svih frekvencija. Autotransformator je transformator koji ima samo jedan namotaj sa potrebnim brojem izvoda. Regulacioni transformator je transformator sa veim brojem izvoda, a koristi se za regulaciju napona i struje. Kao i zavojnice transformatori se proizvode fabriki u standardnim izvedbama, ali elektroniari ih esto runo izrauju. Uzmimo da nam je npr. potreban transformator snage 150W sa naponom primara 220V i naponom sekundara 12V koji moe posluti npr. za punjenje automobilskog akumulatora, ako mu se doda ispravlja. Prvi korak je proraun struja primara. Na osnovu poznate formule za snagu elektrine struje imamo:

P =U I I =Dakle struje primara i sekundara su kako slijedi:

P . U

Ip =

P 150 = = 0,68 A U 220 P 150 Is = = = 12,5 A U 12

Drugi korak je proraun potrebnog prjenika ice za primar i sekundar po istoj formuli kao i za zavojnicu:

28

dp = 0,7 Ip = 0,7 0,68 = 0,6mm ds = 0,7 Is = 0,7 12,5 = 2,5mmKao to se vidi prjenik ice primara je znatno manji nego sekundara to je i logino zbog manjeg toka struje kroz primar. Trei korak u proraunu jeste odreivanje minimalno potrebnog prijesjeka limenog jezgra tranformatora to se vri po formuli:

A = P = 150 = 12,2cm 2Kao to vidimo minimalno potreban prijesjek jezgra je 12,2cm2. Inae jezgro transformatora moe biti od ferita ili od eljeznih limova (limeno jezgro). Prethodna formula vrijedi, ako se jezgro sastavlja od limova. Feritna jezgra obino imaju oblik tapa ili torusni (prstenasti) oblik dok eljezna jezgra imaju tzv. EI oblik kao to je prikazano na slici 5.

Sl. 5. EI limovi (lijevo) i transformator (desno) Od eljeznih limova debljine 0,5-1 mm koji su meusobno izolovani se slae jezgro transformatora. Prvo se namotaji namotavaju na tijelu od izolacionog materijala, a nakon toga se umeu limovi da bi se formiralo jezgro. Kao to je ve reeno limovi moraju biti meusobno izolovani kako se u limovima nebi indukovale vrtlone struje koje bi uzrokovale velike gubitke energije kroz zagrijavanje transformatora. Srednji stub jezgra ima dvostruko vei prijesjek nego li dva bona stuba to je vidljivo sa slike 5. etvrti korak u proraunu jeste odreivanje potrebnog broja zavojaka po voltu na osnovu odabranog jezgra. Pretpostavimo da je nae jezgro prijesjeka 15cm2. U tom sluaju imamo broj zavojaka po voltu:

n=

45 45 = =3 A 15

Poto je primarni napon 220V potreban broj zavojaka na primaru je 220/3=73 zavojka, a na sekundaru 4 zavojka. Zbog injenice da su u transformatoru uvijek prisutni gubici snage broj zavojaka sekundara se obino mora neto uveati da bi se dobio potreban napon tranformatora pri punom optereenju. Uveanje broja namotaja je najbolje utvrditi eksperimentalno mjerenjem. Bitno je napomenuti da se mjerenje mora provesti pri punom optereenju, jer tek tada gubici tranformatora dolaze do izraaja u punoj mjeri. Transformatori i zavojnice imaju vrlo iroku primjenu, a ovdje emo spomenuti jednu od prvih primjena poznati Teslin transformator koji je prvi puta konstruisan prije nekih 120 godina. Shema Teslinog transformatora je data na slici 6.

29

Sl. 6. Shema Teslinog transformatora Kao to vidimo Teslin transformator se sastoji u stvari od dva transformatora, iskrita i dvaju kondenzatora. Ureaj se napaja sa generatora izmjenine struje sa koga se struja vodi na niskofrekventni transformator na ijem sekundaru se dobiva visoki napon od nekoliko hiljada volti koji se vodi na iskrite. Usljed ovog visokog napona na iskritu dobivamo iskrenje (varnienje) koje izaziva indukovanje visoke frekvencije od 12 000 Hz na viskofrekventnom tranformatoru. Usljed ovoga na sekundaru viskofrekventnog transformatora dobivamo struju visoke frekvencije i veoma visokog napona od nekoliko miliona volti. Pomou ovakvog transformatora Nikola Tesla je izveo niz eksperimenata vezano za prijenos elektrine energije na daljinu. Sve do poetka 20.-tih godina prolog stoljea Teslin transformator je koriten za potrebe radio-komunikacija tj. kao radio odailja. Iz upotrebe su ga izbacili ureaji konstruisani na bazi elektronskih cijevi. Tko se sjea scene iz poznatog filma "Titanik" kada radio-operator sa Titanika upuuje signal poziva u pomo (poznati SOS signal) moe se vjerovatno sjetiti staklene cijevi sa iskritem koja svijetli svaki puta kada operator pritisne taster. Naime u to doba (1912. godine) je bilo zlatno doba primjene Teslinog transformatora. Inae signal SOS je koriten od 1908. do 1999. godine kada je propisana primjena savremenijih ureaja na brodovima koji se izmeu ostalog oslanjaju na satelitske komunikacije.

30

DIODE Dioda je elektronska komponenta koja elektrinu struju proputa samo u jednom smjeru, od anode A prema katodi K. Funkcija diode je ilustrovana na slici 1.

Sl. 1. Funkcija diode Kao to vidimo sa slike 1. ako spojimo u seriju bateriju, diodu i sijalicu tako da + pol baterije bude spojen na anodu diode tada e sijalica svijetliti i struja e tei kroz formirano strujno kolo. Meutim, ako + pol baterije spojimo na katodu diode tada struja nee tei i sijalica nee svijetliti. Diode se proizvode od poluprovodnikih materijala kao to su npr. germanijum (Ge), silicijum (Si), galijumarsenid (GaAs) i drugi. Poluprovodniki materijali po svojim karakteristikama se nalaze izmeu provodnika i izolatora. Postoje dvije vrste poluprovodnika i to poluprovodnik tipa P i poluprovodnik tipa N. U poluprovodniku tipa P veinski nosioci naboja su pozitivne upljine, a u poluprovodniku tipa N negativni elektroni. Koji tip poluprovodnika je u pitanju ovisi o tome koja vrsta neistoa je prisutna u poluprovodniku. Npr. ako se u kristalu silicijuma nalazi izvjesna koliina aluminijuma tada e to biti silicijum P tipa, a ako se nalaze neistoe arsena tada imamo N tip silicijuma. Uzrok ovome je to silicijum ima 4 slobodna elektrona dok aluminijum ima 3, a arsen 5 slobodnih elektrona. Ako se sjeamo lekcija iz hemije tada znamo da ukupan zbir slobodnih elektrona treba biti 8. Takoer trebamo se prisjetiti injenice da su elektroni nosioci negativnog naboja. Dakle spajanjem aluminijuma i silicijuma imamo manjak jednog elektrona tj. pozitivnu upljinu (3+4=7), a ako spojimo arsen i slicijum jedan negativni elektron je vika (5+4=9). Na slici 2. je prikazan pojednostavljen prijesjek diode.

Sl. 2. Pojednostavljen prijesjek diode Kao to vidimo sa slike 2. anoda diode je od poluprovodnika tipa P, a katoda od poluprovodnika tipa N. Dio upljina iz anode pree u katodu i obrnuto dio elektrona iz katode pree u anodu. Usljed ovoga na mjestu dodira anode i katode nastane neprovodno podruje (barijera) u kome nema nosilaca naboja. Ukoliko na anodu spojimo pozitivan pol izvora navedeno neprovodno podruje se poniti dovoenjem nosilaca naboja iz izvora pa dioda provede. Obrnuto, ukoliko na anodu spojimo negativan pol izvora neprovodno podruje e se

31

jo vie proiriti i dioda e biti zakoena. Na slici 3. su prikazane izvedbe dioda, a na slici 4. prijesjek diode.

Sl. 3. Izvedbe dioda

Sl. 4. Prijesjek diode Danas se diode najee proizvode od silicijuma. Neto manje se proizvode germanijumske diode. Velika prednost silicijumskih dioda je to mogu podnijeti relativno visoke temperature i do 120 a nedostatak im je to je na njima prisu tan pad napona od priblino 0,7 V. C, Istovremeno germanijumske dode ne podnose visoke temperature, ali imaju praktino zanemariv pad napona. Prema evropskom standardu germanijumske diode se oznaavaju sa dva slova AA i brojem npr. imamo germanijumsku diodu AA101. Silicijumske diode se oznaavaju slovima BA ili BY tako da npr. imamo silicijumsku diodu BY237. Prema amerikom standardu diode se oznaavaju brojem 1 i slovom N. Npr. imamo diodu 1N4001. Dva glavna podatka o diodi su maksimalna struja diode i maksimalni inverzni napon. Navedeni podaci se mogu pronai u katalogu proizvoaa diode ili ak pomou pretraivaa na internetu. Npr. dioda 1N4001 provodi struju do 1A i podnosi inverzni napon do 50V. Na slici 5. je ilustrovana inverzna polarizacija diode.

32

Sl. 5. Inverzna polarizacija diode Najei kvar diode je proboj. Dioda u proboju proputa struju u oba smjera to se moe provjeriti pomou ommetra. Obino je katoda diode oznaena prstenom na kuitu, ali uvijek (ako nismo sigurni) pomou ommetra moemo odrediti smjer toka struje kroz diodu tako to ako pozitivnu sondu ommetra spojimo na anodu ommetar e pokazati nulti otpor. Obrnuto, ako pozitivnu sondu spojimo na katodu ommetar e indicirati beskonaan otpor. Kao to je ve reeno ako je dioda neispravna imat e nulti otpor u oba smjera. Diode imaju iroku primjenu u tehnici, a navest emo jednu od prvih primjena diode, a to je detektorski radio prijemnik ija shema je data na slici 6.

Sl. 6. Shema detektorskog radio prijemnika Zlatno doba detektorskog radio prijemnika je bilo krajem 19. i poetkom 20. stoljea kada je u kombinaciji sa Teslinim oscilatorom koriten za potrebe radiokomunikacija kako na kopnu tako i na moru. U to vrijeme diode su proizvoene od kristala galenita tako to bi se na grumen galenita prislonio ekser ili zaotrena ica. Galenit je jedan od kristala olovnog sulfata PbS. Detektorski prijemnik se sastoji od paralelnog oscilatornog kola koga ine zavojnica i promjenljivi kondenzator, diode i visokoomskih slualica. Pomou oscilatornog kola vri odabir frekvencije sa koje se prima signal, a dioda vri ispravljanje visokofrekventnog signala i time njegovo prevoenje u audiopodruje. Pomou slualica radiooperator je mogao sluati signale emitovane Morzeovom abecedom pomou teslinog oscilatora. Isti prijemnik se takoer koristio i za prijem signala radiodifuznih stanica. Frekvencija oscilovanja paralelnog oscilatornog kola se odreuje prema sljedeem obrascu:

33

f =

1 2 L C

Za one koji ele da eksperimentiu navest emo da je za gradnju ovakvog radioprijemnika za prijem radiodifuznog signala u srednjetalasnom podruju potreban sljedei materijal: priblino 10 m bakarne ice prjenika izmeu 0,3 i 0,7 mm, promjenljivi kondenzator kapaciteta 500 pF, germanijumska dioda (npr. AA101) i visokoomske slualice. Od navedene bakarne ice se na tijelu priblinog prjenika 3 cm namota 100 zavojaka i na taj nain formira zavojnica oscilatornog kola. Tijelo prjenika 3 cm se moe napraviti od papira, ali jednostvnije je ako se upotrijebi cilindrina plastina kutija u koju se pakuju npr. umee tablete. Promjenljivi kondenzator se moe uzeti sa nekog starog radioaparata. Slualice koje se danas koriste uz muzike linije i PC raunare su tzv. niskoomske slualice iji otpor je priblino 5-20 tako da ih ne moemo koristiti uz detektorski radio prijemnik. Meutim umjesto viskoomskih slualica koje se danas teko nalaze moemo iskoristiti zvunike za PC raunar sa pojaalom. Kao antenu moemo iskoristiti nekoliko metara ice koje pruimo preko sobe, a uzemljenje nije neophodno spojiti. Oni koji uspjeno sastave ovakav radioprijemnik osjetit e posebno zadovoljstvo kakvo su vjerovatno osjeali pioniri radiokomunikacija krajem 19. stoljea. Osim opisane ispravljake diode postoji itav niz specijalnih dioda kao to su npr. Zenerova dioda, dioda konstantne struje (CCD), otkijeva (Schottky) dioda, fotodioda, LED doda, varikap i tunel dioda. Zenerova dioda je nazvana po amerikom nauniku Klarensu Zeneru (Clarence Zener) koji je objasnio fizikalni princip rada ove diode. Koristi se za ograniavanje i stabilizaciju napona. Shema sklopa za stabilizaciju napona pomou Zenerove diode je data na slici 7. Kao to vidimo, na sklop koji se sastoji od otpornika malog otpora i Zener diode dovodimo nestabilan napon, a na izlazu sklopa dobivamo stabilan napon. Visina stabilnog napona zavisi od odabrane Zener diode, a nestabilni napon mora biti nekoliko volti vii od stabilnog napona. Npr. ako je potreban stabilan napon od 5V tada uzimamo nestabilan napon od 9V1V. Dakle nestabilni napon varira izmeu 8V i 10V. Otpornik ima otpor 100 te e na njemu biti pad napona izmeu 3V i 5V. Maksimalna struja koja se pouzdano moe isporuiti potroau je 3V/100 =0,03A, jer ako potroa "povue" jau struju tada bi napon mogao pasti ispod 5V. Ako potroa "vue" struju manju od 0,03A Zener dioda "pokupi" sav viak struje.

Sl. 7. Stabilizacija napona pomou Zenerove diode Dioda konstantne struje se koristi za ograniavanje i stabilizaciju struje, a esto se za nju koristi skraeni naziv CCD dioda koji potie od engleskog naziva Constant Current Diode to u prijevodu znai dioda konstantne struje. otkijeva dioda ima veoma nizak napon provoenja. Koristi se za ispravljanje vrlo slabih signala kao i germanijumske diode. Fotodioda, kada nije osvijetljena, se ponaa kao obina ispravljaka dioda. Kada fotodiodu osvijetlimo, ona se ponaa kao izvor elektrine struje, pri emu je anoda A pozitivni pol izvora, a katoda K negativni to je ilustrovano na slici 8. Fotodiode imaju iroku primjenu u solarnim panelima koji energiju suneve svjetlosti pretvaraju u elektrinu. Osim toga koriste se i u instrumentima za mjerenje jaine svjetlosti i drugim primjenama.

34

Sl. 8. Fotodioda kao generator LED dioda je dioda koja svijetli kada kroz nju protie struja. LED dida dakle obavlja suprotnu funkciju od fotodiode. LED je skraenica od engleskog naziva Light Emitting Diode to u prijevodu znai svijetlea dioda. Pad napona na LED diodi je 1,5-2 V. Varikap dioda se ponaa kao kondenzator iji kapacitet ovosi o naponu koji se dovede na diodu. Varikap je opet skaraenica od engleskog naziva VariCap (Variable Capacitance promjenljivi kapacitet). Osim naizva varikap esto se koristi i naziv varaktor. Danas ima veoma iroku primjenu i sve vie zamjenjuje promjenljive kondenzatore u radioprijemnicima i drugim ureajima. Tunel dioda za koju se jo koristi naziv Esakijeva dioda se jako mnogo koristi u oscilatorima visokih frekvencija. Ovu diodu je pronaao japanski naunik Leo Esaki 1958. godine.

Sl. 9. Oznake dioda na shemama Kada u jedno kuite zatvorimo LED diodu i fotodiodu dobivamo foto-par (optokapler) kao to je ilustrovano na slici 10. Ponovno imamo jedan pojam preuzet iz engleskog jezika. Naime optokapler se na engleskom jeziku zove optocoupler.

Sl. 10. Foto-par (optokapler) Optokapleri se jako mnogo koriste za tzv galvansko izolovanje strujnih krugova. Naime kada dovedemo napon na LED diodu optokaplera ona svojom svjetlou osvijetli fotodiodu te ona pone da generie napon koji odgovara naponu dovedenom na LED diodu. Dakle strujni signal se sa ulaza optokaplera prenio na njegov izlaz preko svjetlosti bez ica. Na ovaj nain smo ulazni i izlazni krug galvanski izolavali jedan od drugog. Za dva strujna kruga kaemo da su galvanski izolavni, ako nema direktnog spoja izmeu njih preko provodnika ili drugih provodnih elemenata. Osim optike koriste se i druge metode galvanske izolacije kao to je npr. indukciona (transformatori), akustika, termika itd.

35

ELEKTRONSKE CIJEVI Elektronske cijevi su elektronske komponente koje se koriste za obradu i generisanje elektrinih signala pomou kontrolisanog kretanja elektrona u vakuumu. Premda su danas prevaziene odnosno umjesto njih se u veini aplikacija koriste tranzistori ipak se jo uvijek proizvode i koriste. I dan danas se primjenjuju za gradnju pojaala velike snage za visoke frekvencije, u industrijskim ureajima, audiopojaalima posebne namjene i za gradnju vojnih ureaja. Dakle popularne "lampe" kako se elektronske cijevi zovu u argonu jo uvijek nisu za tehniki muzej. Kao to je poznato prvi elektronski raunari su bili konstruisani upravo od elektronskih cijevi. Na slici 1. je prikazana elektronska cijev proizvodnje Elektronske industrije iz Nia (Ei Ni).

Sl. 1. Elektronska cijev Prvu elektronsku cijev diodu je konstruisao ameriki naunik Tomas Edison (Thomas Edison) 1884. godine. Naime Edison je 1879. godine konstruisao elektrinu sijalicu kakva se u sutini i danas koristi. Meutim on se nije zaustavio na tome ve je u stakleni balon sijalice ubacio jo jednu elektrodu kao to je ilustrovano na slici 2.

Sl. 2. Elektrina sijalica sa dodatnom elektrodom Ovakvu sijalicu sa dodatnom elektrodom je spojio prema shemi sa slike 3. i ustanovio da izmeu dodatne elektrode i uarne niti sijalice tee struja kroz vakuum!

Sl. 3. Elektronska cijev dioda

36

Dodatna elektroda je nazvana anoda, a arna nit katoda zbog smjera toka struje. Naime elektronska cijev dioda koju je Edison konstruisao je provodila struju samo u jednom smjeru od anode ka katotodi. Kao to vidimo sa slike 3. Edison je koristio dvije baterije i to katodnu niskog napona za grijanje uarene niti i anodnu bateriju visokog napona koja je "protjerivala" struju kroz elektronsku cijev. U prvi mah nije bilo objanjenja kako to da struja tee kroz vakuum. Objanjenje je pronaeno u tzv. termoelektronskoj emisiji. Naime uarena nit izbacuje slobodne elektrone u vakuum. Navedene elektrone prihvata elektrino polje anode koja je pozitivno naelektrisana te privlai negativne elektrone. Ako se na anodu spoji negativni pol baterije tada kroz cijev nee tei struja, jer e u tom sluaju anoda odbijati elektrone sa katode. Smjer struje je suprotan toku elektrona kao to je poznato iz fizike. Edisonova elektronska cijev je na svoju primjenu ekala ravno 20 godina, odnosno prvi puta je primjenjena 1904. godine za konstrukciju poboljanog radiodetektora u kome je izbacila iz upotrebe diodu od galenita. 1907. godine je konstruisana elektronska cijev trioda koja pored spomenute dvije elektrode (anode i katode) imala i treu smjetenu izmeu nih. Ta trea elektroda ima reetkast oblik te se i zove reetka. Uloga reetke je da regulie tok elektrona izmeu anode i katode. Na ovaj nain je dobivena elektronska komponenta kojom su se mogli pojaavati slabi signali. Naime pomou nekog slabog signala dovedenog na reetku se mogao regulisati tok struje od anode prema katodi. Ovo je odmah iskoriteno za konstrukciju poboljanog radioprijemnika prema shemi sa slike 4.

Sl. 4. Shema prvog radioprijemnika sa pojaalom Kao to se vidi sa slike 4. slabi signal sa oscilatornog kola se preko kondenzatora C1 dovodio na reetku G koja je regulisala tok struje. Na slualicama je dobivan znatno jai signal nego na reetki. Jaina reprodukcije je podeavana promjenom napona anodne baterije. Ovakav prijemnik je imao znatno veu osjetljivost nego detektorski to je omoguilo postizanje znatno veih dometa u radiokomunikacijama. Kao to je ve reeno elektronske cijevi se koriste za konstruisanje pojedinih vojnih ureaja. Uzrok ovome je njihova otpornost na elektromagnetne impulse koji se javljaju tokom nuklearnih eksplozija. Tranzistori nisu otporni na ove impulse te svi elektronski ureaji na bazi tranzistora koji se nau u dometu

37

elektromagnetnog impulsa eksplozije bivaju uniteni. Vezano za ovaj fenomen desio se jedan interesantan dogaaj 1976. godine kada je sovjetski pilot Viktor Belenko ( ) avionom MIG-25 preletio u Japan. Ameriki inenjeri su rastavili avion i sa zaprepaenjem ustanovili da su svi elektronski ureaji aviona konstruisani na bazi elektronskih cijevi! Prva pomisao im je bila da u Sovjetskom Savezu koriste elektronske ureaje iz "kamenog doba", ali nakon to je stvar paljivije razmotrena dolo se do zakljuka da su elektronske cijevi koritene planski. Sistem upravljanja kupolom sovjetskog tenka T-72 koji se po licenci proizvodio i proizvodi u Slavonskom Brodu je takoer konstruisan na bazi elektronskih cijevi. Osim vojne primjene elektronske cijevi se jo koriste u audiopojaalima za muzike instrumente. Mnogi gitaristi koji sviraju na elektrinim gitarama i danas koriste iskljuivo cijevna pojaala. Naime, uzrokovano nizom faktora, zvuk elektrine gitare pojaan cijevnim pojaalom ima specifinu boju koja se dugo vremena nije mogla postii pomou tranzistorskih pojaala. U posljednje vrijeme su pomou tranzistora konstruisana pojaala koja daju priblino isti zvuk kao i cijevna pojaala, ali jo uvijek je est sluaj da pojaala za elektrine gitare imaju barem pretpojaalo na bazi elektronske cijevi. Na slici 5. je data shema takvog pretpojaala na bazi elektronske cijevi ECC83 na koje se moe spojiti elektrina gitara ili dinamiki mikrofon. Signal sa elektrine gitare se preko kondenzatora kapaciteta 470 nF dovodi na reetku. Na anodi, usljed pojaavakog djelovanja cijevi, dobivamo pojaani signal koji se opet preko kondenzatora 470 nF vodi na transformator za prilagoenje impedanse. Naime na izlazu iz ovog pojaala dobivamo signal relativno visokog napona te ga je potrebno prilagoditi za spajanje na ulaz pojaala konstruisanih na bazi tranzistora i integrisanih kola. Transformator ima jo jednu veoma znaajnu funkciju. Naime on svojom prijenosnom karakteristikom dodatno "boji" signal i daje mu karakteristinost pojaala sa elektronskim cijevima. Potrebno je ugraditi transformator iji primar ima priblinu impedansu od 800 i predvien je za napon od 100 V. Takvi transformatori se koriste u razglasnim ureajima.

Sl. 5. Shema pretpojaala za elektrinu gitaru Za napajanje opisanog pojaala je potrebna napojna jedinica koja daje napon od 6,3 V AC i 300 mA za grijanje katode te napon od 250-300 V DC i struje 10 mA za napajanje samog pojaala. Shema takve napojne jedinice je data na slici 6.

38

Sl. 6. Shema napojne jedinice za pretpojaalo AC je skraenica od Alternate Current (izmjenina struja), a DC od Direct Current (jednosmjerna struja). Kao to vidimo napojna jedinica ima dva transformatora i to jedan sa sekundarnim naponom od 220 V, a drugi sa naponom od 6-8 V. Transformator napona 6-8 V se koristi za napajanje katode cijevi. Najbolje je da napon bude tano 6,3 V, ali izvjesna odstupanja su doputena. Za ove svrhe se moe iskorititi transformator iz adaptera koji se inae koriste za napajanje malih ureaja (tranzistorskih radioaparata, CD player-a itd.). tavie moe se iskoristiti i DC napon 6 V sa adaptera. Transformator napona 220 V napaja anodu. Za ove svrhe se moe iskoristiti npr. transformator za napajanje aparata za brijanje, a ako nemamo drugo rjeenje moemo upotrijebiti dva istovjetna transformatora opet iz adaptera spojena prema shemi sa slike 7.

Sl. 7. Spajanje dva transformatora Kao to se vidi sa slike 7. sekundar jednog transformatora sa niskim naponom od nekoliko volti je spojen na niskonaponski ulaz drugog istovjetnog transformatora tako da nakon ove dvije transformacije opet dobivamo napon od 220 V, ali je postignuto galvansko odvajanje to je i bio cilj. Istina na ovaj nain se postiu vei gubici, ali zbog male potronje od svega

39

nekoliko miliampera gubici ne dolaze do izraaja. Struja sa transformatora napona 220 V tee zatim na diodni ispravlja i zatim na filter koji se sastoji od dva kondenzatora i jednog otpornika. Iskoriten je tzv. Grecov ispravlja sa etiri diode koji je nazvan prema svome pronalazau njemakom fiziaru Leu Grecu (Leo Graetz). Diode 1N4004 podnose inverzni napon do 400 V, a mogu se iskoristiti i druge diode inverznog napona iznad 350 V. Uloga filtera je da ukloni preostale komponente izmjenine struje. Umjesto otpornika 10 (10 E) jo bolje je ugraditi prigunicu (zavojnicu) koja se napravi tako to se na tijelu prjenika 1-1,5 cm namota 300 zavojaka bakarne ice prjenika 0,2-0,3 mm. Kondenzatori trebaju biti predvieni za napon od minimalno 350 V kao i diode. Ovakvo pojaalo moemo smjestiti u dva kuita napojnih jedinica PC raunara. Naime, uzrokovano nizom faktora, napojne jedinice PC raunara esto otkazuju tako da u svakom servisu za PC raunare imaju mnogo neispravnih napojnih jedinica koje se ne mogu popraviti. Kuita ovih neispravnih jedinica su esto "kao stvorena" za ugradnju runo graenih elektronskih ureaja. U jedno kuite ugraujemo napojnu jedinicu, a u drugu samo pojaalo. Ovo je potrebno kako zbog prostora, a jo vie kako bi se izbjegle smetnje koje bi napojna jedinica unijela. Nakon to se pojaalo sastavi i isproba dodatno poboljanje se moe postii eksperimentalno tako to se odabere prava vrijednost kapaciteta ulaznog kondenzatora (na shemi je ucrtana vrijednost od 470 nF). Potrebno je eksperimentisati sa kondenzatorima u rasponu od 100 nF pa do 1 F kako bi se dobio najbolji zvuk. Ako sami gradimo ovo pojaalo njegova cijena je priblino 100 KM, a fabrike izvedbe ovih pojaala kotaju nekoliko stotina KM. Mogu se nabaviti gotovi kit kompleti za sastavljanje ovakvih pojaala, ali ni oni nisu jeftini. Jedna od industrijskih primjena elektronskih cijevi jesu maine za povrinsko kaljenje. Tehnologija kaljenja eljeza je ljudskom rodu poznata ve hiljadama godina. U primitivnim kovanicama kovai prvo zagriju npr. sjekiru do usijanja, a zatim je potope u hladnu vodu. Rezultag ovoga je da eljezo u sjekiri dobije tzv. krupnozrnatu strukturu koja ima visoku tvrdou. Slabost ove krupnozrnate strukture je nizak stepen ilavosti tako da predmeti od kaljenog eljeza lahko pucaju pri udaru. Meutim tehnologijiom povrinskog kaljenja se postie da povrina materijala koja se inae haba bude tvrda, a jezgro ilavo tako da dobivamo metalne predmete otporne i na habanje i na udare. Tehnologija povrinskog kaljenja se realizuje pomou jakih struja visoke frekvencije koje se generiu u oscilatorima konstruisanim na bazi elektronskih cijevi. Naime usljed poznatog skin efekta struje visokih frekvencija teku iskljuivo po povrini tako da ako te struje proputamo kroz metalni predmet dolazi do zagrijavanja iskljuivo povrine predmeta to rezultira time da pri kaljenju dolazi do stvaranja krupnozrnate strukture iskljuivo na povrini. Dakako hlaenje se mora obaviti smjesta nakon zagrijavanja kako se toplota sa povrine ne bi prenijela u dubinu materijala. Tranzistori se ne mogu koristiti za konstruisanje generatora indukcionog kaljenja, jer barem za sada ne postoje tranzistori dovoljno velikih snaga koji mogu raditi na visokim frekvencijama.

40

KATODA, DISPLEJ I PLAZMA Katoda (katodna cijev), displej i plazma su uobiajeni nazivi za elektronske komponente pomou kojih se danas vri prikaz slike. Koriste se prvenstveno u monitorima, TV aparatima, digitalnim fotoaparatima, mobitelima i inim elektronskim ureajima. Katodnu cijev kao prvi ureaj koji je posluio za vizualizaciju je 1897. godine pronaao njemaki fiziar Ferdinand Braun (Karl Ferdinand Braun). U literaturi se esto koristi termin Brunova cijev kao naziv za verziju katodne cijevi koju je pronaao Braun. Osnovni motiv za pronalazak Braunove cijevi je bila potreba za vizuelnim prikazom vremenski promjenljivih signala odnosno elja da se konstruie osciloskop. U Braunovo vrijeme za vizualizaciju signala je koriten ureaj oscilograf koji se i danas koristi npr. za snimanje elektrokardiograma (EKG) srca. Tadanji oscilografi su se sastojali od galvanometra na iju kazaljku je bila postavljena olovka koja je iscrtavala dijagram na pokretnom papiru. Pomjeranje papira se vrilo elektromotorom. Takvim oscilografom su se mogli iscrtavati vremenski dijagrami (oscilogrami) signala niske frekvencije, a za baratanje sa signalima visokih frekvencija je bio potreban ureaj koga je pronaao Braun. Naime pomou Braunove cijevi su se mogli vizualizirati signali jako visokih frekvencija. Bitno je napomenuti da se oscilografi esto koriste kao registratori vrijednosti procesnih veliina. Npr. tokom procesa proizvodnje ipova proces difuzije primjesa se vri u pei na temperaturi 1100 C. Jako je bitno da se ima snimljen vremenski dijagram na kome su zabiljeene sve promjene temperature tokom procesa difuzije, a samo snimanje se vri pomou spomenutog registratora. Fotografija i skica usavrene Braunove cijevi su date na slici 1.

Sl. 1. Fotografija (lijevo) i skica (desno) Braunove cijevi Tokom posjete Muzeju telekomunikacija u Berlinu sam imao priliku da u ivo vidim jedan od sauvanih primjeraka prvih Braunovih cijevi. Sama cijev me neodoljivo podsjetila na vinsku flau na ijem dnu je ostao talog. Meutim "talog" na ekranu Braunove cijevi je fosforni sloj. Naime fosfor pod djelovanjem snopa elektrona svijetli. Snop elektrona dolazi sa uarene katode. Elektroni koje emituje uarena elektroda se formiraju u snop pomou sistema cilindara. Sklop katode sa spomenutim cilindrima se zove elektronski top. Usmjeravanje snopa koji dolazi sa spomenutog elektronskog topa se vri pomou otklonskih ploa (elektrinim poljem) ili pomou elektromagneta (magnetnim poljem). Ovo je uzrokovano injenicom da su elektroni od koji se sastoji snop negativno naelektrisani te ih pozitivno naelektrisana ploa privlai, a negativno naelektrisana odbija. Dakle, ako na otklonske ploe narinemo napon izazvat emo pomjeranje snopa elektrona. Kao to se vidi sa slike 1. imamo dva para otklonskih ploa i to vertikalni i horizontalni tako da se usmjeravnje snopa moe vriti horizontalno i vertikalno. Jaina snopa se takoer moe podeavati promjenom napona tako da se pomjeranjem i promjenom jaine snopa na ekranu (fosfornom sloju) iscrtava eljena slika. Sam proces iscrtavanja za ovjeka je nevidljiv zbog inercije ljudskog oka. Jer, ako za trenutak pogledamo u neki izvor svjetlosti kao to je npr. upaljena sijalica, a zatim zatvorimo one kapke i dalje e nam pred oima biti obrisi uarene niti sijalice. Na isti nain slika koju iscrta brzi elektronski snop na ekranu osciloskopa ostaje registrovana naim okom. Katodnu cijev u boji je pronaao 1938. godine opet jedan Nijemac Verner Flehzig (Werner

41

Flechsig). Za razliku od crnobijele katodne cijevi katodna cijev u boji ima tri elektronska topa za tri boje (crvenu, zelenu i plavu), a ispred ekrana ima metalnu masku. Uloga maske je da vri usmjeravanje elektronskih mlazeva. Osim toga fosforni sloj katodne cijevi u boji se sastoji od takica koje odgovaraju trima spomenutim bojama. Obojena svjetlost se postie dodavanjem primjesa u fosfor. Npr. plava boja se dobiva dodavanjem primjesa cink sulfida ZnS. Na slici 2. je prikazan mikroskopski uveani "pogled" kroz metalnu masku katodne cijevi u boji.

Sl. 2. Mikroskopski uveani pogled kroz masku katodne cijevi u boji ira upotreba kolor TV tehnike je u SAD poela 50.-tih, a u Evropi 60.-tih godina 20. stoljea. Naziv LCD potie od engleskih rijei Liquid Crystal Display (likvid kristl displej), to znai prikaz pomou tenih kristala. Teni kristali su pronaeni 1888. godine, a 1968. godine su izraeni prvi LCD displeji. Konstrukcija LCD displeja u prijesjeku je data na slici 3.

Sl.3. LCD displej u prijesjeku Providne elektrode se izrauju od silicijuma. Kada na elektrode dovedemo izmjenini ili jednosmjerni napon teni kristal potamni. Kao to je reeno LCD displeji se mogu napajati i jednosmjernom i izmjeninom strujom, meutim ukoliko napajanje vrimo izmjeninom strujom vijek trajanja LCD displeja je daleko vei. LCD displeji u boji imaju dodatnu plou sa

42

kolor filterom koji daje boju. Na slici 4. je prikazan mikroskopski uveani snimak LCD displeja u boji.

Sl. 4. Mikroskopski uveani snimak LCD displeja u boji Plazma video displeji su konstruisani 1964. godine u SAD. Prvi plazma displeji su bili crnobijeli, a prva kolor plazma je konstruisana 1992. godine u Japanu. Plazma displeji imaju slinu konstrukciju kao i LCD displeji, ali kod plazme se umjesto tenih kristala koriste gasne elije punjene neonom ili ksenonom, a zidovi elija su premazani opet dobrim starim fosforom koji ovdje ima potpuno istu ulogu kao i u katodnoj cijevi. U sutini, plazma displej se sastoji od mnogo mikroskopskih sitnih fluoroscentnih sijalica. Ove sijalice se pale tzv. matrinim adresiranjem te se na displeju formira eljena slika. I ovdje se koristi tromost ljudskog oka na isti nain kao i kod katodne cijevi. Naime slika se iscrtava takicu po takicu velikom brzinom tako da usljed spomenute tromosti ljudskog oka dobivamo registrovanu kompletnu sliku. Ako je u pitanju kolor displej tada imamo tri matrice za tri boje. Na slici 5. je prikazana matrica sa svega 9 sijalica na kojoj emo objasniti princip matrinog adresiranja.

Sl. 5. Matrica sa 9 sijalica Ako npr. elimo upaliti sijalicu broj 3 tada pod napon stavljamo vodie H1 i V3, a elimo upaliti sijalicu broj 5 tada pod napon stavljaju vodii H2 i V2. Dakle, pomou horizontalne i vertikalne reetke vodia moemo upaliti bilo koju sijalicu. Pretpostavimo da pomou matrice sa slike 5 elimo iscrtati slovo T. U tom sluaju bi trebale stalno goriti sijalice broj 1, 2, 3, 5 i 8, ali u matrici u jednom momentu moe goriti samo 1 sijalica. Tako da emo pomou elektronskog sklopa podesiti da se spomenute sijalice (1, 2, 3, 5 i 8) pale jedna po jedna, ali

43

velikom brzinom tako da ne moemo primjetiti njihovo paljenje i gaenje. Ako je potrebno formirati slovo U tada bi se zaredom palile sijalice 1, 3, 4, 6, 7, 8 i 9. Za one koji vole eksperimentisanje na slici 6. je dat raspored izvoda displeja LTD 202R ije elije se pale jednosmjernim naponom od 10V DC ili izmjeninim naponom od 3,5V AC.

Sl. 6. Raspored izvoda displeja LTD 202R Spajanjem izvora izmeu izvoda (pina) date elije i mase (COM) dobivamo indikaciju na zadanoj eliji. Dakako eksperimentatorima sa manje iskustva e dobro doi pomo iskusnijeg eksperta.

44

KAMERA, MIKROFON, SLUALICE I ZVUNIK Kamera je elektronska komponenta pomou koje se vri snimanje slika pojedinano ili u sekvenci. Prvu elektronsku kameru je 1934. godine konstruisao Vladimir Zvorikin ( ). Zvorikin je roen u Rusiji, ali je 1918. godine preselio u SAD gdje je ivio do kraja ivota te je u SAD i izumio spomenutu kameru. Zvorikinova kamera je zamijenila do tada koritene elektromehanike TV kamere i bila je u upotrebi sve do 80.-tih godina prolog stoljea kada je zamijenjena sa CCD (Charge Coupled Device) ureajima. Po svojoj konstrukciji je bila slina katodnoj cijevi uz razliku to je umjesto fosfornog sloja imala sloj granula koje su inile minijaturne kondenzatore koji su se nabijali elektricitetom pod djelovanjem svjetlosti. Ti minijaturni kondenzatori formirani u mozaik su se praznili svaki puta kada bi preko njih proao snop elektrona sa elektronskog topa. Signal sa tih kondenzatora se kupio pomou elektroda ugraenih u kameru i kasnije pojaavao te se formirao video signal. Za Zvorikinovu kameru se u literaturi esto koristi naziv ikonoskop (engleski: iconoscope) koji je kovanica od grkih rijei icon slika i scope posmatrati. Naziv kamera potie od latinske rijei camera (soba). Uzrok ovome lei u injenici da su prvi ureaji za snimanje slike zauzimali cijelu jednu sobu. Na slici 1. je prikazana ilustracija rada ikonoskopa. Spomenuta CCD kamera je konstruisana 1969. godine u SAD. Njezini pronalazai su Vilard Bojl (Willard Boyle) i Dord Smit (George Smith). Glavni dio CCD kamere je tanki fotoosjetljivi sloj silicijuma koji u stvari predstavlja niz kondenzatora koji se nabijaju pod djelovanjem svjetlosti. Signal sa ovih kondenzatora se obrauje pomou elektronskog sklopa u standardni video signal. Kao to vidimo i savremena CCD kamera ima slian princip rada kao i Zvorikinova kamera.

Sl. 1. Ilustracija rada ikonoskopa Danas se CCD kamere u ipu ugrauju u niz elektronskih ureaja kao to su npr. video kamere, digitalni foto-aparati, mobiteli, telefaks ureaji, fotokopir aparati itd. Mikrofon je elektronska komponenta koja zvuk pretvara u elektrini signal. Rije mikrofon potie od dvije grke rijei - mikros to znai mali i phone to znai zvuk. Mikrofon je izumio 1876. godine ameriki naunik Aleksandar Bel (Alexander Graham Bell) koji poznat kao pronalaza telefona. U stvari Belov mikrofon je svoju primjenu naao upravo za konstrukciju telefona. Taj prvi primitivni mikrofon se sastojao od ae u koju je bila natoena voda. Iznad ae je bila postavljena tanka membrana u koju je bila ubodena igla tako da ulazi u vodu. Spomenuta igla je bila jedna, a komadi ice zaronjen u vodu druga elektroda mikrofona. Prinicp rada tog mikrofona je bio jednostavan ovjek bi se sageo iznad ae i govorio, usljed toga bi membrana vibrirala te se igla pomjerala gore dolje i na taj nain se mijenjao

45

otpor mikrofona. Pomou takvog mikrofona je Bel izgovorio svoju uvenu reenicu: Gospodine Votson, doite, elim da Vas vidim!. To je bio prvi prijenos ljuskog glasa preko elektrinog ureaja. Danas su u najiroj upotrebi dinamiki i kondenzatorski mikrofon. Osnovna razlika izmeu dinamikog i kondenzatorskog mikrofona je u osjetljivosti. Dinamiki mikrofon reaguje na udaljenosti od nekoliko centimetara, dok kondenzatorski mikrofon reaguje na udaljenosti od nekolikio metara. To praktino znai da ukoliko govorimo u dinamiki mikrofon te ga odmaknemo od sebe on nee reagovati na na glas to se esto deava u praksi. Naprotiv, ako se koristi kondenzatorski mikrofon on e reagovati na glas sa udaljenosti od nekoliko metara. Zbog toga se kondenzatorski mikrofoni koriste npr. u kombinaciji sa kamerama za video nadzor kako bi se osim slike zabiljeio i zvuk. Na slici 2. je prikazana konstrukcija kondenzatorskog mikrofona.

Sl. 2. Konstrukcija kondenzatorskog mikrofona Kao to se vidi sa slike kondenzatorski mikrofon se sastoji od elastine metalne membrane i vrste metalne ploe. Pod djelovanjem zvunih talasa elastina membrana se pomjera te dolazi do promjene kapaciteta kondenzatora koga ine membrana i ploa. Pomou pojaala se formira zvuni signal. Pojaalo je esto ugraeno u samo kuite mikrofona pa kondenzatorski mikrofoni u tom sluaju imaju unutar kuita i bateriju za napajanje pojaala. 1962. godine je izumljen tzv. elektretski kondenzatorski mikrofon koji ima potpuno istu konstrukciju kao i obini kondenzatorski mikrofon, a razlika je u izolaciji izmeu membrane i ploe. Elektretski mikrofon ima izolaciju od tzv. feroelektrinog materijala tako da u pojedinim primjenama nema potrebe za ugradnjom pojaala u mikrofon. Ipak i veina elektretskih mikrofona ima ugraeno pijaalo. Feroelektrini materijali su stalno naelektrisani isto kao to su fermomagnetni materijali stalno namagnetisani. Dinamiki mikrofon, dinamika slualica i zvunik su ureaji koji rade po istom principu. Sutinska razlika izmeu njih je samo u veliini njihove membrane tako da zvunik moemo iskoristiti kao mikrofon. Na slici 3. je prikazan prijesjek i fotografija zvunika.

Sl. 3. Prijesjek i fotografija zvunika

46

Kao to vidimo papirna memebrana i zavojnica ine jednu cjelinu, a postavljene su na papirne opruge tako da se mogu pomjerati. Zavojnica je napojena strujom preko elastinih ica. Na kuite je postavljen magnet iji srednji pol prolazi kroz zavojnicu. Kada se zavjonica napoji izmjeninom strujom usljed elektromagnetnih sila ona se pone pomjerati to opet dovodi do pomjeranja membrane i do nastajanja zvuka. Obrnuto, ako npr. govorimo u zvunik usljed zvunih talasa se membrana i zavojnica pomjeraju tako da dolazi do elektromagnetne indukcije struje u zavojnici. Princip na kome se temelji rad zvunika, dinamikog mikrofona i dinamike slualice je 1874. godine patentirao Ernest Simens (Ernest Siemens). Na slici 4. je data fotografija raznih izvedbi mikrofona i razne vrste mikrofonskih konektora.

Sl. 4. Izvedbe mikrofona i mikrofonskih konektora Pri odabiru mikrofona pored toga to trebamo voditi rauna da li je u pitanju dinamiki ili kondenzatorski mikrofon trebamo uzeti u obzir sljedee parametre: impedansa mikrofona, frekventna karakteristika i polarna karakteristika. Od impedanse mikrofona ovisi dozvoljena duina mikrofonskog kabla. Ako mikrofon ima viu impedansu tada se na njega moe spojiti dui kabl, jer se otpor samog kabla ne dolazi do izraaja, ako sam mikrofon ima visoku impedansu. Frekventna karakteristika najvie govori o kvalitetu mikrofona, jer to mikrofon ima iru karakteristiku to mu je kvalitet vei. Dakako sa kvalitetom raste i cijena. Npr. jeftini mikrofoni ija je cijena priblino 10 KM imaju frekventnu karakteristiku 100 Hz-10 kHz. Kada govorite ili pjevate koristei ovakav jeftini mikrofon va glas e biti jako neprirodan. tavie ako govorite preko razglasa mnogi nee razumjeti ta govorite. Cijena kvalitetnih dinamikih mikrofona sa frekventnom karakteristikom 20 Hz 15 kHz ili ire je poev od 100 KM pa do nekoliko hiljada KM. U svakom sluaju, ako vam je potreban mikrofon za iole ozbiljniju primjenu nemojte uzimati mikrofon sa frekventnom karakteristikom iznad 20 Hz i ispod 10 kHz, dakle mikrofon sa karakteristikom 20 Hz 10 kHz je nekakav minimum. Takav mikrofon se moe nabaviti ve za 50-100 KM. Loiji i jeftniji mikrofoni se mogu koristiti samo za eksperimentisanje i sline primjene. Polarna karakteristika govori o tome kako je mikrofon osjetljiv na zvukove iz raznih pravaca. Najvie se koriste mikrofoni sa kardioidnom karakteristikom (karakteristikom u obliku srca). Osim toga bitno je voditi rauna o tipu utikaa mikrofona kako bi bio kompatibilan sa pojaalom, a danas je i iroka ponuda beinih mikrofona kod kojih se signal sa mikrofona na pojaalo prenosi radio-vezom. Dalje ukoliko se mikrofon postavlja na stativ bitno je odabrati nosa mikrofona iji navoj odgovara navoju stativa kako se nebi morali koristiti prilagodni elementi. Signal sa mikrofona je jako slab (reda milivolta) pa se mikrofoni na pojaalo spajaju pomou oklopljenog mikrofonskog kabla. Uloga oklopa je da smanji uticaj smetnji. Dodue, ako je udaljenost izmeu mikrofona i pojaala mala tada se moe koristiti i obini dvoilni licnasti kabl. Na slici 5. su dati simboli mikrofona i zvunika.

47

Sl. 5. Simboli mikrofona, zvunika i slualica Danas su u upotrebi su zvunici i slualice niske impedanse (4 i 8 ) i visoke impedanse (800 ). Zvunici visoke impedanse se koriste kada je potrebno postaviti zvunik na velikoj udaljenosti od pojaala. Zvunici visoke impedanse se napajaju signalom napona oko 100 V. Impedansa zvunika i izlazna impedansa pojaala moraju biti usklaene. Na izlaz pojaala se smije spojiti zvunik ija su impedansa i snaga vee ili jednake impedansi i snazi pojaala. Ukoliko spojimo zvunik nie impedanse pregorie pojaalo, a ako je impedansa zvunika via od predviene nee biti postignuta puna snaga Pri paralelnom spajanju zvunika ukupna impedansa opada prema zakonu o paralelno spojenim otporima. Ukoliko npr. spojimo u paralelu dva zvunika impedanse 8 ukupna impedansa spoja e biti 4 . Tri glavna podatka o zvuniku su: snaga, impedansa i frekventna karakteristika. Prema svojoj frekventnoj karakteristici zvunici se dijele u etiri grupe: niskotonski (subwoofer i woofer) predvieni za niske frekvencije do 120 Hz, srednjetonci, visokotonci i irokopojasni zvunici. Osim navedena tri faktora znaajnu ulogu igra i efikasnost kao faktor koji govori koji procenat elektrine energije se pretvara u zvunu energiju. Ako ste ljubitelj HiFi tehnike i zvuka visokog kvaliteta potrebno je da prije kupovine zvunike isprobate. Naime kada su zvunici u pitanju brojevi nekada ne govore dovoljno ve je potrebno osjetiti kako rade. Istina relativno malo se koriste, ali bitno je spomnenuti i piezoelektrine (kristalne) zvunike i slualice. Koriste se npr. u savremenim telefonskim aparatima umjesto klasinih zvona te u alarmnim ureajima. Vrlo su jednostavne konstrukcije i troe malo energije tj. imaju veliku efikasnost, ali kvalitet reprodukcije nije visok. Na slici 6. je prikazan piezoelektrini zvunik.

Sl. 6. Piezoelektrini zvunik (palidrvce pored zvunika radi poreenja veliine) Pri odabiru slualica treba viditi rauna o impedansi, frekventnom opsegu, vrsti konektora i o stepenu zvune izolacije te svakako provjeriti da li su slualice stereo ili mono izvedbe. Za ljubitelje glasne muzike koji ne ele imati probleme sa komijama su jako pogodne beine

48

slualice. Danas veina slualica ima frekventni opseg 20 Hz 20 kHz i impedansu 32 . Stepen zvune izolacije je jako bitan, ako se slualice koriste tamo gdje je nivo buke visok kao to su npr. disko klubovi i industrijska okruenja. Slualice sa dobrom zvunom izolacijom (potrebne su svakom DJ-u, a takoer i industrijskim ekspertima koji presluavanjem vibracija maina vre dijagnosticiranje istih) su jako skupe, a jeftina zamjena za njih su male slualice koje se stavljaju u uho, a preko njih se stave antifoni za zatitu od buke. Danas su popularne i beine slualice posebno za PC raunare. Na kraju za one koji vole eksperimentisati preporuujem da uine jedan vrlo jednostavan eksperiment tako to e zvunik iskoristiti kao mikrofon. Dakle neki manji zvunik sa starog kasetofona ili radioaparata je potrebno kablom spojiti na mikrofonski ulaz npr. PC raunara, muzike linije ili slino. Iznenadit ete se se dosta visokim kvalitetom zvuka.

49

BIPOLARNI TRANZISTORI Tranzistori su elektronske komponente koje se koriste za pojaavanje signala, u prekidakim sklopovima i nizu drugih primjena. Tranzistori se dijele na bipolarne i unipolarne. Kod bipolarnih tranzistora u nastajanju tranzistorskog efekta uestvuju i elektroni i upljine dok kod unipolarnih tranzistora u nastajanju tranzistorskog efekta uestvuju ili samo upljine ili samo elektroni u ovisnosti da li je tranzistor P ili N tipa. Dakle, kod bipolarnih tranzistora tranzistorski efekat se postie sa dvije vrste nosilaca (elektroni i upljine). Bipolarni tranzistori se dijele na PNP i NPN tranzistore. Podjela tranzistora je ilustrovana na slici 1.

Sl. 1. Ilustracija podjele tranzistora Bipolarni tranzistori su izumljeni 1947. godine u SAD. Na slici 2. su dati pojednostvaljeni prijesjeci PNP i NPN bipolarnog tranzistora te fotografija raznih izvedbi tranzistora. Glavni dijelovi bipolarnog tranzistora su emiter (E), baza (B) i kolektor (C) i svaki od ova tri dijela ima svoj prikljuak (izvod, noicu).

Sl. 2. Pojednostavljeni prijesjeci (lijevo) i fotografija tranzistora desno Kao to se vidi sa slike 2. bipolarni tranzistor za razliku od diode koja ima jedan PN prelaz ima dva PN prelaza. Princip rada tranzistora emo objasniti na primjeru NPN tranzistora. Spojimo li shemu prema slici 3. instrument koji mjeri struju kroz tranzistor e pokazivati da struja ne tee odnosno tranzistor je zakoen.

50

Sl. 3. Dvije neprovodne barijere dre tranzitor u zakoenom stanju Struja ne moe da tee, jer imamo dvije nepropusne barijere. Meutim ukoliko spojimo shemu prema slici 4. intrument e pokazivati da struja tee kroz tranzistor.

Sl. 4. Ilustracija rada tranzistora injenica da struja tee kroz tranzistor je na prvi pogled nelogina, jer imamo barijeru izmeu kolektora i baze koja bi trebala biti nepropusna zbog injenice da struja moe da tee od P ka N sloju. Ipak struja tee kroz barijeru zbog pojave da spomenuta barijera usisava nosioce naboja iz baze. Baza tranzistora mora biti jako tanka kako bi se nosioci naboja to lake injektovali iz emitera u bazu i zatim transportovali do kolektora. Konkretno u primjeru sa slike 4. je u pitanju NPN tranzistor kod koga se elektroni iz emitera preko baze transportuju do kolektora. Dakako, trebamo se podsjetiti injenice da smjer elektrona i smjer struje nije isti (struja i elektroni imaju suprotan smjer kretanja). Dakle elektroni teku smjerom

51

emiter-baza-kolektor, a struja tee smjerom kolektor-baza-emiter. to jau struju dovodimo u bazu preko otpornika RB to e jaa struja tei kroz tranzistor. Kao to se vidi sa slike 4. struju koja tee u bazu smo oznaili oznakom IB, a struju koja tee u tranzistor oznakom Ic. Navedene struje (baznu i kolektorsku) mjerimo pomou dva instrumenta. Kao to vidimo bazni otpornik RB je promjenljiv te promjenom njegovog otpora moemo mijenjati jainu bazne struje IB (to je otpor baznog otpornika manji jaa je struja baze). Mjerei baznu i kolektorsku struju i unosei podatke o mjerenjima u dijagram doi emo do dijagrama prikazanog na slici 5.

Sl. 5. Dijagram odnosa struja baze i kolektora Sa slike 5. vidimo da kada poveavamo struju baze IB postepeno raste struja kolektora Ic sve dok ne doemo do podruja zasienja kada vie ne vrijedi poveavati struju baze. U linearnom podru