Elektronika część 1.doc

1. Wymień trendy rozwojowe współczesnej elektroniki.

Szeroko pojęta elektronika należ do najszybciej rozwijających się dziedzin gospodarki na całym świecie. Do trendów rozwojowych dzisiejszej elektroniki należą: miniaturyzacja, zwiększenie skali integracji układów scalonych, zmniejszenie kosztów wytwarzania, wzrost częstotliwości wzrost niezawodności, zmniejszenie szumów, zmniejszenie wydzielanej mocy na us., , zwiększenie pojemności tanich pamięci elektronicznych, wzrost efektywności źródeł zasilania, wzrost temp. Pracy us, dalsza globalizacja produkcji masowej, wprowadzenie na szeroką skalę technik cyfrowych.

2. Zdefiniuj pojęcie sygnału. Jakie rodzaje sygnałów występują w elektronice?

Umowny znak lub przebieg wielkości fizycznej będący nośnikiem informacji, bądź bodźca wywołującego reakcje, umożliwiający przesył informacji na odległość bądź jej rejestracje.

Rodzaje sygnałów: elektryczne, optyczne, akustyczne.

3. Scharakteryzuj sygnał analogowy i sygnał cyfrowy. Określ istotne różnice między

tymi sygnałami.

Sygnał analogowy: stanowi funkcje wyrażające w sposób ciągły przebieg określonej wielkości w czasie. Zbiór wartości sygnału analogowego jest nieprzeliczalny.

Sygnał cyfrowy (dyskretny) wielkości reprezentujące informację mogą przyjmować tylko pewne (określone) wartości ze zbioru skończonego np.0,1

4. Stosując, jako kryterium klasyfikacji przebieg wielkości w funkcji czasu, dokonaj

podziału sygnałów zdeterminowanych ( przedstaw graficznie przykłady tych

sygnałów).

5. Wyjaśnij, dlaczego sygnały sinusoidalne znajdują powszechne zastosowanie we

współczesnej energoelektryce i elektronice.

Sinusoidalny przebieg wielkości elektrycznych znajduje powszechne zastosowanie ze względu na:

·         funkcja sin jest matematycznie najprostsza funkcją okresowo zmienną,

·         napięcie sinusoidalne przy transformowaniu go z jednego napięcia na drugie nadal pozostaje sinusoidalne,

·         łatwości transformacji z niskiego na wysokie napięcie i odwrotnie w transformatorach charakteryzujących się prosta budowa i bardzo duża sprawnością,

·         sygnał okresowo zmienny niesinusoidalny można rozłożyć na szereg przebiegów sinusoidalnych, przy przesyłaniu energii na duże odległości wysokie napięcie jest czynnikiem decydującym o małych stratach,

·         poziom przesyłanego napięcia można kształtować w bardzo szerokim zakresie- przy taj samej mocy odpowiada temu napięciu bardzo małe natężenie prądu.

6. Zdefiniuj pojęcie wartości średniej sygnału zmiennego w czasie (i(t); u(t)). Określ w

jakim przypadku wartość chwilową sygnału zastępuje się równoważną wartością

średnią prądu ( Iśr ) bądź napięcia ( Uśr ).

Wartości średnia stosujemy przy obliczeniach, jeżeli dotyczą one ładunku elektrycznego związanego z przepływem prądu sinusoidalnego(wartość średnia półokresowa).

7. Zdefiniuj pojęcie wartości skutecznej sygnału zmiennego w czasie (i(t); u(t)). Określ

w jakim przypadku wartość chwilową sygnału zastępuje się równoważną wartością

skuteczną prądu ( I ) bądź napięcia ( U ).

Wartością skuteczną prądu (napięcia) nazywamy taką jego wartość, która w czasie okresu wydzieli taką samą energię jak dany prąd sinusoidalny. Wartość tą stosujemy do obliczeń dotyczących rozważań energetycznych.

8. Scharakteryzuj sygnał w postaci impulsu prostokątnego. Opisz jego podstawowe parametry.

Sygnał prostokątny ma kształt jak na rys.( narysuj) i podobnie jak sygnał sinusoidalny jest określany dwoma parametrami, czyli amplituda i częstotliwością, z ta różnicą ze wartośc skuteczna dla fali prostokątnej ma wartość jej amplitudy, często zamiast częstotliwości używa się okresu. Sygnał prostokątny składa się ze zbocza narastającego, poziomu wysokiego, zbocza opadającego i poziomu niskiego.

9. Kiedy stosuje się względną miarę logarytmiczną (tzw. skalę decybelową [ dB ]).

Jeżeli liniowy stosunek napięć U2/U1 = 1/√ 2 to odpowiada to w skali decybelowej ….

[dB].

Skale logarytmiczna stosuje się, aby porównać amplitudę dwóch sygnałów analogowych

10. W jakich sytuacjach wykorzystuje się widmo sygnału?

Widmo- reprezentacja sygnału w dziedzinie częstotliwości.Stosuje się je, gdy podczas transmisji sygnału może on ulegać deformacją powodującym nadmierne zniekształcenie informacji. Przykładem jest przesyłanie w radiofonii sygnału użytecznego o częstotliwościach akustycznych w paśmie ściśle określonym częstotliwości radiowych.

11. Na czym polega modulacja AM (przedstaw graficznie zasadę modulacji tego rodzaju).

Modulacja amplitudowa polega na przekształceniu sygnału modulowanego a stałej częstotliwości, niosącego informację, w taki sposób by amplituda otrzymanego sygnału zmodulowanego było proporcjonalna do wartości sygnału modulującego. 

12. Przedstaw (graficznie) widmo sygnału zmodulowanego amplitudowo powstałego z

dwóch przebiegów harmonicznych

13. Co to jest: bit, bajt, słowo? Przedstaw strukturę słowa 16 bitowego.

Sygnały cyfrowe to odpowiednie sekwencje poziomów logicznych lub ich zespołów. W systemie binarnym stanom logicznym określonym jako prawda lub fałsz przyporządkowuje sie wartości sygnałów. Bitem nazywamy symbol 0 lub 1, bajt składa się z 8 bitów, a słowo składa się z 16 bajtów,

14. Przedstaw sposób przeliczania z systemu dziesiętnego na system binarny np. 125(10);

134(10) ... .\ 15. Przedstaw sposób przeliczania z systemu binarnego na system dziesiętny np.

1111101(2), 1111011(2)…... ..

16. Scharakteryzuj elektroniczne elementy bierne i aktywne. Podaj przykłady elementów

zaliczanych do poszczególnych grup.

Elementy bierne maja zdolność do przenoszenia lub kształtowania przebiegu elektrycznego bez podnoszenia poziomu mocy sygnału, schemat zastępczy elementu biernego nie zawiera źródła energii elektrycznej. Rezystory

Elementy czynne są źródłem energii elektrycznej lub podwyższają poziom mocy doprowadzanego sygnału elektrycznego tranzystor

17. Na przykładzie rezystora przedstaw, w jaki sposób można scharakteryzować elementy

Elektroniczne

Właściwości elementów elektronicznych można charakteryzować za pomocą:

-umownych symboli graficznych

-opisu wzorem/ równanie zależności I=U(f) (charakterystyki prądowo napięciowej)

-parametrów elektrycznych granicznych eksploatacyjnych mechanicznych klimatycznych

-modeli elektrycznych zwanych schematami zastępczymi (elementy idealne połączone w odpowiednia strukturę modelująca procesy fizyczne zachodzące w elemencie)

-analizy związku między prądami i napięciami w elemencie z wykorzystaniem czterozaciskowego układu.

1) symbol rezystora

2) U=RI

3) rezystancja znamionowa, moc znamionowa, napięcie znamionowe, temp. Współczynnik rezystancji

4) W obwodzie prądu stałego 3 rezystory połączone równolegle i do tego dwa szeregowo, w obwodzie prądu zmiennego cewka i rezystor szeregowo i do tego kondensator równolegle.

18. Narysuj charakterystykę I = f(U) dla dwóch wartości rezystancji R1 i R2 gdy R2 > R1 ,

wymień podstawowe parametry rezystorów.

19. R1 = 20 Ω, R2 = 30 Ω. Ile wynosić będzie wartość rezystancji rezystora zastępczego R

gdy rezystory te połączymy szeregowo a ile gdy równolegle.

Szeregowo R=R1+R2+R3   czyli R= 50 Ω

Równolegle    czyli R=12 Ω

20. Dla dzielnika napięcia jak na rysunku oblicz ile będzie wynosić Uwy gdy:

Uwe = 100V, R1 =20 Ω, R2 = 30 Ω.(na slajdach jest jak obliczyc)

21. Dla rezystora o R = 100Ω moc maksymalna (Pmax) jaka może się na nim wydzielić

wynosi 2W. Jaki prąd maksymalny może przepłynąć przez rezystor ? Przedstaw

schemat układu pomiarowego do pomiaru metodą techniczną charakterystyki I = f(U)

takiego rezystora.
 

22. Wymień podstawowe rodzaje polaryzacji dielektryka. Jaka stała charakteryzuje

zdolność dielektryka do jego polaryzowania?

Rodzaje polaryzacji:

·         Elektronowa (deformacja zewnętrznej powłoki elektronowej)

·         Jonowa- przesunięcie jonów dipolowych

·         Dipolowo-relaksacyjna- zmiana położenia spolaryzowanych molekuł/dipoli elektrycznych

·         Spontaniczna w bardzo słabych polach elektrycznych lub pod działaniem pól wewnątrz molekularnych

Polaryzacja dielektryczna- pod wpływem sił pola elektrycznego w dielektryku występujące w nim ładunki elektryczne ulegają nieznacznym przesunięciom lub zmieniają połączenia między sobą zdolność dielektryka do polaryzowania charakteryzuje tzw. Przenikalność dielektryczna

23. Jaką podstawową właściwością charakteryzuje się kondensator? Opisz wzorem

pojemność kondensatora płaskiego.

Własnością użytkową kondensatora jest jego pojemność- C. Pojemność kondensatora płaskiego zależy od jego wymiarów geometrycznych oraz od rodzaju dielektryka.

   gdzie ℇ- przenikalność dielektryczna, S- pole powierzchni okładzin, d- odległość między okładzinami.

24. C1 = 20 pF, C2 = 30 pF. Ile wynosić będzie pojemność zastępcza C, gdy kondensatory

te połączymy szeregowo a ile, gdy połączymy je równolegle.

RównolegleC=C1+C2+C3   czyli C= 50 pF

Szeregowo   czyli C=12 pF

25. Zdefiniuj pojęcia: półprzewodnik (wymień znane ci materiały, rodzaje), defekty

strukturalne ( opisz ich naturę).

Materiału organiczne lub nieorganiczne o rezystywności pośredniej w stosunku do przewodników i izolatorów. Materiały, których właściwości silnie zależą od temp., oświetlenia, koncentracji domieszek (czystości). O szerokości pasma zabronionego Wg< 5eV

Ze względu na skład chemiczny dzieli się je na:

·         Pierwiastkowe- zbudowane z atomów jednego pierwiastka IV grupy Si, Ge

·         Związki chemiczne- o składzie chemicznym zgodnym z wymaganiami wartościowości- skład stechiometryczny np. SiC GaAs ZnS PbS

·         Kryształy mieszane- dwa lub więcej pierwiastków lub związków skład ilościowy może się zmieniac w szerokich granicach, nie sa idelanie jednorodne.

Defekty strukturalne:

·         Luki węzłowe- węzły sieci krystalicznej przypadkowo nie obsadzone przez właściwe atomy

·         Atomy międzywęzłowe- dodatkowe atomy własne znajdujące się w położeniach, które przy idealnej budowie nie powinny być obsadzone

·         Atomy obce- w węzłach lub położeniach międzywęzłowych sieci

·         Powierzchnia- powierzchnia kryształu na której urywa się periodyczna budowa krystaliczna sieci

26. Dokonaj klasyfikacji materiałów z użyciem modelu pasmowego. Podaj przykłady

współczesnych materiałów półprzewodnikowych.

Obecnie najcześciej stosowanym materiałem na półprzewodniki samoistne jest krzem Si, a także german Ge

27. Co opisuje funkcja rozkładu Fermiego – Diraca - f(W)?.

Określ pojęcie: poziom Fermiego ( energia Fermiego WF ).

Funkcja rozkładu Fermiego-Diraca opisuje prawdopodobieństwo obsadzenia przez elektron stanów o energii W

Energia odpowiadająca poziomowi, który rozgranicza stany obsadzone od nieobsadzonych w temperaturze 0K nosi nazwę energii Fermiego – EF. W temperaturze większej niż 0K zawsze istnieją elektrony o energiach większych niż EF. Fermi jako pierwszy ustalił funkcję opisującą rozkład elektronów w paśmie e...