PRIKAZ TOKA ČASA

NASTAVNA TEMA: DIGITALNA ELEKTRONIKA

NASTAVNA JEDINICA: AKTIVNI ELEKTRONSKI ELEMENTI

UVODNI DEO ČASA (10 min.)

U elektronici se koriste specifične elektronske komponente.

One se dele na:

- pasivne

- aktivne.

Komponente koje nemaju mogućnost da upravljaju protokom električne struje, korišćenjem

dodatnog upravljačkog signala, nazivaju se pasivne komponente. Za njih važi Omov zakon pri

priključenju na naizmenični ili jednosmerni napon.

Za razliku od njih aktivne komponente imaju osobinu da pojačaju i prekinu električni signal.

Omov zakon na njih nije primenljiv.

Tabela: Podela elektronskih elemenata

ELEKTRONSKI ELEMENTI

PASIVNI AKTIVNI

Otpornici Poluprovodničke diode

Kondenzatori Tranzistori

Zavojnice Integrisana kola

Elektronski elementi poseduju dva ili više električnih priključaka ili izvoda (engl. pin)

pomoću kojih se vrši povezivanje. Međusobno povezane elektronske komponente formiraju

elektronsko kolo.

Slika: Elektronski elementi

Slika: Radno okruzenje aplikacije DC/AC Virtual Lab (www.dcaclab.com)

GLAVNI DEO ČASA (65 min.)

Aktivni elektronski elementi su oni koji imaju ispravljačka i pojačavačka svojstva.

U aktivne elektronske elemente spadaju:

1. poluprovodničke diode

2. tranzistori

3. integrisana kola itd.

Slika: Aktivni elektronski elementi

Diode

Diode (engl. diode) su elektronske komponente koje propuštaju električnu energiju u jednom

smeru bez otpora, dok u suprotnom smeru pružaju otpor.

One se proizvode od poluprovodničkih materijala, kao što je silicijum (Si), a ređe germanijum

(Ge). Pošto su ovi materijali loši provodnici dodaju im se primese nekih drugih materijala

(fosfora, arsena, aluminijuma), čime se poboljšava njihova provodljivost. Dodavanjem ovih

primesa dobijaju se dve vrste poluprovodnika: poluprovodnik tipa p i poluprovodnik tipa n. U

poluprovodniku tipa p većinski nosioci naelektrisanja su pozitivne šupljine, a u poluprovodniku

tipa n negativni elektroni. Kada se ostvari dodirna površina između p i n tipa materijala, dobija se

pn-spoj, tj. dioda. U pn spoju električna struja može da teče od p elektrode–anode ka n elektrodi–

katodi, ali ne i u suprotnom smeru.

Međutim, i ovde nije sve idealno. Svaka dioda će i u nepropusnom smeru propustiti nešto malo

struje. Pre nekoliko decenija kada su postojale samo germanijumske diode, ovaj nedostatak je bio

vrlo izražen. Danas sa silicijumskim diodama, parazitne struje u nepropusnom smeru su

zanemarljive.

Slika: pn spoj

U elektrotehnici se koristi nekoliko vrsta dioda sa poluprovodničkim spojem:

- tačkaste

- slojne

- ispravljačke

- svetleće (LED)

- laserske

- fotodiode i dr.

Ispravljačka dioda pn tipa ima sposobnost ispravljanja napona i pretvaranja naizmenične

električne struje u jednosmernu.

Svetleća dioda tzv. LED dioda (engl. Light Emitting Diode) ima karakteristiku da svetli kada je

pod naponom.

Fotodioda reaguje na svetlost zbog čega se dosta koristi u solarnim panelima, koji energiju

sunčeve svetlosti pretvaraju u električnu.

Laserske diode su vrsta svetlećih dioda. Kada su pod naponom proizvode usmerenu lasersku

svetlost. Koriste se kod optičkih uređaja: CD i DVD čitača-rezača, računara i sl.

Slika: Diode

a) b)

Slika: Dioda; a) šematska oznaka (A − anoda, K − katoda, D − dioda), b) dioda kao pn spoj

ZADATAK:

ZADATAK:

Ispravljačka dioda Fotodioda Svetleća (LED) dioda

ZADATAK:

Dioda se koristi:

za ispravljanje napona (naizmeničnog u jednosmerni)

za stabilizaciju napona (ZENER dioda)

za promenu kapaciteta (VARIKAP)

kao svetleća (LED) dioda.

Slika: Grafički prikaz usmerivačkog delovanja diode

ZADATAK:

Naizmenična struja

Jednosmerna struja

VEŽBA:

- Modelovati strujno kolo sa LED diodom (i izmeriti jačinu struje i napon na diodi). Nacrtati i

šemu tog strujnog kola (u programu Word 2007).

a) b)

Slika: Model eksperimentalnog strujnog kola LED diode sa odabranim komponentama:

a) praktična realizacija kola, b) merenje struje kola i pada napona na diodi

VEŽBA:

- Modelovati strujno kolo sa običnom i LED diodom. Nacrtati i šemu takvog strujnog kola (u

programu Word 2007).

Slika: Obična i LED dioda u strujnom kolu; a) šema b) način povezivanja

VEŽBA:

- Simulirati strujno kolo sa otpornikom i diodom u aplikaciji DC/AC Virtual Lab

Slika: Dioda u aplikaciji DC/AC Virtual Lab

Tranzistori

Tranzistor (engl. transistor) je poluprovodnički element koji se koristi za pojačanje struje,

prekidanje struje, stabilizaciju napona itd.

Naziv tranzistor je izveden od dve engleske reči:

TRANsfer‒promenljivi, reSISTOR‒otpor.

Tranzistori se proizvode u dve varijante:

1. bipolarni i

2. unipolarni.

Bipolarni tranzistori su dobili svoje ime zato što su glavni nosioci naelektrisanja elektroni i

šupljine, pa iz tih razloga postoje dva tipa bipolarnih tranzistora:

- pnp i

- npn.

Kod tranzistora pnp tipa konstrukcija izgleda ovako: p‒emiter, n‒baza, p‒kolektor.

A za tranzistor npn tipa konstrukcija je sledeća: n‒emiter, p‒baza, n‒kolektor.

Tabela Tipovi tranzistora i njihovi simboli

Tip tranzistora Simbol

npn

pnp

ZADATAK:

Slika: Tranzistori

Unipolarni tranzistori (FET‒Field Effect Transistor, tj. tranzistori sa efektom polja) razlikuju se

od bipolarnih po tome što su nosioci naelektrisanja elektroni n ili šupljine p.

Materijali od kojih se proizvode tranzistori su silicijum (Si), germanijum (Ge) ili neki drugi

poluprovodnički materijali.

Tranzistor je elektronski element koji se vezuje za dva električna kola. Prvo kolo je ulazno ili

upravljačko kolo, a drugo je izlazno ili upravljano kolo. Preko tranzistora se postiže veza između

ta dva kola, a ona treba da je takva da mala snaga ulaznog kola – baza reguliše mnogo veću snagu

u izlaznom – kolektor kolu.

Kao i dioda, tranzistor je poluprovodnik, ali među njima postoji jedna značajna razlika. On ne

samo da provodi ili ne provodi signal, već može i da menja svoju provodnost. Ovim je

omogućeno da radi kao pojačivač, prekidač, regulator, oscilator itd.

Tranzistor je poluprovodnički elektronski element, koji se koristi za pojačanje slabih električnih

signala, modulaciju, stabilizaciju napona i prekidanje signala u elektronskim kolima. Nastao je

kao zamena za vakuumske elektronske cevi, a sadrži tri poluprovodnička spoja. Najširu primenu

ima bipolarni tranzistor, koji  se sastoji od tri poluprovodnička područja različite provodnosti,

razmeštena po rasporedu pnp ili npn, pri čemu svako područje ima sopstveni električni

priključak.

Tranzistor se sastoji od tri sloja:

1. emiter (E) – emituje (ispušta) slobodne elektrone ili šupljine, zavisno od tipa

2. baza (B) – zajednički (srednji) deo

3. kolektor (K) – sakuplja (prihvata) slobodne elektrone ili šupljine.

Važno je napomenuti da središnji sloj, koji se naziva baza (B), treba da bude tanak, da bi se dobio

efekat pojačanja. Nekada su u upotrebi bili uglavnom germanijumski tranzistori, da bi ih danas

silicijumski gotovo potpuno potisli, jer su jeftiniji, a karakteristike im se pri zagrevanju mnogo

sporije menjaju nego kod germanijumskih tranzistora.

U praksi se normalno upotrebljavaju npn tranzistori, a pnp tamo gde npn ne mogu. U nekim

kolima se primenjuju oba tipa, koji se međusobno nadopunjuju. Naponi i struje kod npn i pnp

tranzistora su suprotnih smerova, ali je njihov rad principijelno isti.

Integrisana kola

Integrisano kolo (engl. integrated circuit, IC) predstavlja elektronsko kolo proizvedeno na ploči

(osnovi) od poluprovodničkog materijala. Ono sadrži veliki broj aktivnih i pasivnih elektronskih

elemenata, najviše tranzistora objedinjenih na jedinstvenoj ploči. Tako dobijena ploča ubacuje se

u kućište od plastike ili keramike, sa kojeg se putem izvoda ostvaruje veza sa ostalim delovima

uređaja.

Minijaturizovano integralno kolo naziva se i čip (engl. chip).

Integrisana kola danas su sastavni deo elektronskih uređaja i opreme, koja su izazvala dinamičan

i brz razvoj elektronike.

Koriste se kod: računara, mobilnih telefona i drugih digitalnih uređaja.

Slika: Integralna kola

Izgled Simbol

a) b)

Slika: Integralna kola: a) izgled, b) simbol

ZADATAK:

Integrisana kola (čipovi) su kombinacija elektronskih sastavnih delova, koji se ne mogu

rasklopiti, a čine kompletnu elektronsku funkcionalnu jedinicu.

Prema obliku signala koji mogu da obrade, integralna kola mogu biti:

- analogna (pojačivači, stabilizatori)

- digitalna (logička kola, brojači, registri, memorije, mikroprocesori) i

- mešovita (A/D i D/A konvertori).

Prednosti integralnih kola su:

1. omogućuju smanjenje uređaja jer zamenjuju kompletne elektronske sklopove

2. pouzdani su

3. otklanjanje kvarova kod uređaja sa ovim kolima je lakše jer se kolo jednostavno zameni

4. stabilan rad na povišenoj temperaturi

5. sadrže tranzistore koji su znatno boljih performansi na visokim frekvencijama

6. njihova cena je znatno niža od cene istog napravljenog od klasičnih komponenata.

ZAVRŠNI DEO ČASA (20 min.)

PITANJA ZA PONAVLJANJE:

1. Šta je dioda?

2. Koje je osnovno svojstvo diode?

3. Objasni šta je LED dioda?

4. Navedi namenu tranzistora.

5. Koja su tri osnovna dela tranzistora?

6. Šta predstavlja integralno kolo?

7. Kakva mogu biti integralna kola?

Prikazati video fajlove o diodama, tranzistorima i integralnim kolima iz foldera Prilozi.

Pokazati prezentaciju o aktivnim elektronskim elementima iz foldera Prilozi.

Pregled i ocenjivanje urađenih tehničkih crteža i sastavljenih modela.