Spis treści
09. Elementy obwodu elektrycznego
Wprowadzenie
Elementy obwodu elektrycznego to podstawowe składniki, z których buduje się układy elektryczne i elektroniczne. Dzielą się na elementy pasywne i aktywne, a także na elementy liniowe i nieliniowe.
Każdy z nich pełni określoną funkcję: przewodzenie, magazynowanie energii, wzmacnianie, przetwarzanie sygnałów itd.
Podstawowe elementy pasywne
1. Rezystor (opornik)
- Symbol: `R`
- Jednostka: om [Ω]
- Zależność prąd-napięcie: \( U = R \cdot I \)
- Funkcja: ogranicza przepływ prądu, rozprasza energię w postaci ciepła.
- Własność: element liniowy, spełnia prawo Ohma.
2. Kondensator
- Symbol: `C`
- Jednostka: farad [F]
- Zależność napięcie-ładunek: \( Q = C \cdot U \)
- Funkcja: magazynuje energię w polu elektrycznym.
- Zależność prąd-napięcie:
$$ I(t) = C \cdot \frac{dU(t)}{dt} $$
- Własność: element reaktywny, nieliniowy względem czasu.
3. Cewka (indukcyjność)
- Symbol: `L`
- Jednostka: henr [H]
- Funkcja: magazynuje energię w polu magnetycznym.
- Zależność napięcie-prąd:
$$ U(t) = L \cdot \frac{dI(t)}{dt} $$
- Przeciwstawia się zmianom prądu.
Elementy aktywne
1. Źródło napięcia
- Utrzymuje stałą różnicę potencjałów niezależnie od obciążenia.
- Może być:
- idealne (niezależne od prądu),
- rzeczywiste (z oporem wewnętrznym).
2. Źródło prądu
- Dostarcza stały prąd niezależnie od napięcia.
- Symboliczny zapis: strzałka z okręgiem.
3. Dioda półprzewodnikowa
- Przewodzi prąd tylko w jednym kierunku (w kierunku przewodzenia).
- Symbol: trójkąt z kreską.
- Nieliniowa charakterystyka napięciowo-prądowa.
4. Tranzystor (np. bipolar, MOSFET)
- Element wzmacniający lub przełączający.
- Sterowany napięciem lub prądem.
- Istnieje wiele typów: NPN, PNP, MOSFET, IGBT itd.
Inne elementy elektroniczne
| Element | Symbol | Funkcja |
|---|---|---|
| Fotorezystor (LDR) | zależny od światła | zmienia opór |
| Termistor | NTC/PTC | zmienia opór z temperaturą |
| Warystor | VDR | chroni przed przepięciami |
| Transformator | dwa uzwojenia | zmienia napięcie i izoluje |
| Przełącznik (switch) | - | steruje połączeniem obwodu |
| Przekaźnik | - | przełącza obwód elektrycznie |
| Bezpiecznik | - | zabezpiecza obwód przed przeciążeniem |
Klasyfikacja elementów
Ze względu na liniowość
- Liniowe: rezystor, idealna cewka, kondensator.
- Nieliniowe: dioda, tranzystor, żarówka.
Ze względu na aktywność
- Pasywne: nie generują energii — rezystory, kondensatory, cewki.
- Aktywne: mogą wzmacniać sygnał lub dostarczać energię — źródła, tranzystory.
Podsumowanie
- Obwody elektryczne składają się z różnych elementów, każdy z unikalnymi właściwościami.
- Znajomość funkcji elementów jest podstawą projektowania i analizy układów.
- Elementy dzielą się m.in. na: aktywne/pasywne, liniowe/nieliniowe, statyczne/dynamiczne.
- Ich właściwości matematyczne są opisane przez zależności prąd-napięcie (równania różniczkowe, prawo Ohma).