Cs.Kádár Péter - XXI. századi Diszkónika, 101. Passzív és aktív

Az elektromos és elektronikus készülékek közös jellemzője, hogy elektromos áramot használunk a működtetésükhöz. Azonban sok-sok évvel ezelőtt két részre osztották azokat az alkatrészeket, amelyekből e készülékek felépülnek. Pontosabban három részre:

 

    • nem elektromos alkatrészekre;

• elektromos vagy passzív alkatrészekre;

    • elektronikus vagy aktív alkatrészekre.

A nem elektromos alkatrészek elsősorban mechanikai vagy vegyi alkotó elemek. Ilyen a készülék doboza, a kötőelemek (csavarok, szegecsek, távtartók, tapaszok, ragasztók), hőelvezetők (hűtőpaszta, hűtőborda).

pa02

Az elektromos vagy passzív alkatrészek közé soroljuk a következőket:
   

    • az ellenállásokat;
    • a kondenzátorokat;
    • az induktivitásokat (tekercseket);
    • az indukciós (hagyományos) transzformátorokat;
    • a csatlakozókat;
    • az olvadó és az elektromágneses biztosítékokat;
    • a nem elektronikusan vezérelt kapcsolókat (a közönséges kapcsolót és a jelfogót, más néven relét);
    • a vezetékeket és a kábeleket;
    • az érzékelők (szenzorok) egy részét;
    • a fényforrások egy részét (izzólámpa, fénycső);
    • az antennákat;
    • az olyan vegyi áram- és feszültségforrásokat, amilyenek az elemek, akkumulátorok.

pa03

Passzív vagy elektromos áramkörnek az olyan áramkört nevezzük, amelyik kizárólag passzív alkatrészekből épül föl. Az aktív vagy elektronikus áramkörben legalább egy elektronikus alkatrész van.

Az aktív vagy elektronikus alkatrészek tovább bonthatók két nagy csoportra: az elektroncsövekre és a félvezető alapú alkatrészekre.

pa04

A félvezetők pedig még tovább. Vannak:

    • félvezető diódák;
    • bipoláris tranzisztorok;
    • jFET-ek;
    • MOSFET-ek;
    • tirisztorok;
    • triacok;
    • IGBT-k (nagyáramú vezérelt kapcsolók);
    • fényre érzékeny félvezető alkatrészek;
    • fénykibocsátó alkatrészek;
    • integrált áramkörök.

Az elektronikus áramkörökkel az alábbi feladatok oldhatók meg:

    • vezérelt kapcsolás;
    • impedancia átalakítás;
    • egyenirányítás;
    • közvetlen feszültség-, áram- vagy teljesítmény erősítés;
    • szabályozott vagy vezérelt feszültség-, áram- vagy teljesítmény erősítés;
    • elektromos és elektromágneses rezgéskeltés.

A vezérelt kapcsolás lényege, hogy az áramot és a feszültséget valamilyen vezérlő jellel kapcsoljuk be vagy ki. E kapcsolók legjellegzetesebb területe a digitális technika. A vezérlő jelre reagál a kapcsoló áramkör. A kapcsolókkal logikai műveletek és logikai műveletekre épülő matematikai műveletek végezhetők. Az ábrán a három alapvető logikai műveletvégző – kapu – rajzjele látható.

pa05

Az első az előjel fordító, más néven az inverter. Ha ennek bemenetére logikai 1-nek megfelelő feszültséget adunk, a kimeneten a logikai 0-hoz tartozó feszültség lesz az eredmény. Ha viszont a bemenetre logikai 0-nak megfelelőt, akkor a kimeneten a logikai 1-hez tartozó jelenik meg.

A második az ÉS kapu. Ennek a kimenete csakis akkor 1, ha mindkét bemenetén 1 van. Minden más esetben 0 a kimenet értéke. (Mint látod, nagyon lerövidítettem a mondatot, hogy ne kelljen mindig a logikai meg a feszültség szót használnom.) Ennek a kapunak a működésére szoktunk olyan példákat mondani, hogy „Csak akkor lesz jó éjszakám, ha elmegyek egy buliba, és fölszedek egy jó csajt/pasit”.

A harmadik a VAGY kapu. Ennek csak akkor 0 a kimenete, ha mindkét bemenetén 0 van. Minden más esetben 1 a kimenet értéke. Erre is vannak ostoba példák: „Akkor fogom jól érezni magam, ha vagy a buli lesz jó, vagy fölszedek egy jó csajt/pasit.” Természetesen akkor is jó lesz az érzés, ha mindkét feltétel teljesül, a VAGY kapcsoló tehát nem a hétköznapi jelentésen alapul. Egészen pontosan ez a „megengedő vagy” esete. Lehet „kizáró vagy”-ot is készíteni egyszerűen, de az nem alapkapu.

Az elektronikában impedancia átalakításra általában akkor van szükség, ha nagy, esetenként több GΩ-os váltóáramú ellenállásból kell kicsit, legfeljebb néhány száz ohmosat csinálni.

A hangtechnikai áramkörök bemenő impedanciája kicsi. Ha ezzel rácuppannánk egy nagy kimenő impedanciájúra, akkor az eredő impedancia kicsi lenne, és sokkal több áramot szeretne a csatlakozó készülék kivenni belőle, mint amennyit az le tud adni. Jó esetben a torzítás ugrana a csillagos egekbe, rossz esetben valami leégne.

De nézhetjük úgy is a dolgot, mint a spenótosztót. Emlékszel még rá? Ebből vezettük le a feszültségosztót.

pa06
Ha az előző fokozat kimenő ellenállása nagy, a következő bemenő ellenállása meg kicsi, akkor a következő fokozatra parányira csökkent jel fog jutni. A hasznos információ el fog veszni a zajban. Volt erre egy képlet is, ami még mindig igaz:

pa07

Gyorsan hozzáteszem, hogy ez a képlet szigorúan véve csak egyenfeszültségre érvényes, mielőtt még valaki lekaszálná a fejemet. De számoljunk egy kicsit!

Legyen R1 = 1 GΩ = 1 000 000 000 Ω, R2 = 100 Ω!, a bemenő feszültség, Ube pedig 10 V! A számoláshoz netes automatát használunk:

http://www.bsselektronika.hu/article_print.php?w=qOblYo1Rof

pa08

Az U2 feszültség nagyon kicsi, kerekítve 10*10-7 V = 1 µV.

Most legyen R1 = 10 Ω, R2 = 100 Ω, a bemenő feszültség pedig ismét 10 V!

pa09

Mint várható volt, a feszültség majdnem teljesen az osztó alsó ellenállására jut, vagyis 9,09 V.

Most nézzük meg, mi történik akkor, ha második esetben az osztó alsó részével párhuzamosan kapcsolódik egy Rt = 10 kΩ bemenő ellenállású fokozat! Ez a terhelt osztó.

pa10

Ismét automatával számolunk.

http://www.bsselektronika.hu/index.php?w=IqBm7c7pSO

pa11

A terhelésen, vagyis a következő fokozat bemenetén kb. ugyanannyi feszültség van, mint terheletlenül: 9,08 V.

A nagyimpedanciájú kimenet másik nyavalyája, hogy a jelet nem lehet nagy távolságra vezetni, mert a vezeték – főként a magas tartományban – veszteséget okoz, és mindenféle zavart összeszed.

Az impedancia átalakító vagy impedancia váltó, impedancia illesztő olyan aktív áramkör, amelynek nagy a bemenő impedanciája és kicsi a kimenője. Az erősítése nem számottevő, gyakran csak egyszeres.

Nagyon gyakori feladat az egyenirányítás. Az elektronikus áramkörök általában egyenfeszültségről működtethetők, a hálózati, 230 V-os feszültség azonban 50 Hz-es váltóáram. Például ebből a feszültségből kell egyenfeszültséget gyártani olyan eszközökkel, amelyek csak az egyik irányban vezetnek.

Az egyenirányítónak két fajtája is van. Az egyszerűbb (egy utas, együtemű) csupán leharapja az egyik félperiódust, a bonyolultabb (két utas, kétütemű) viszont megfordítja azt.

pa12

Egyenirányítás után a lüktetést szűrők vasalják ki.

Az erősítést talán nem is kell magyarázni: kicsi jelből kell nagyot varázsolni. Ez a tündérkedés persze nem ingyen van; az erősítőt feszültséggel és árammal kell ellátni, és ráadásul még be is kell állítani úgy, hogy a különböző nagyságú jeleket egy adott tartományon belül ugyanolyan mértékben erősítse. Tehát ha mondjuk, 20 dB az erősítése, ami feszültségerősítő esetén 10-szeres erősítést jelent, akkor pl. a 20 mV-ból 200 mV, a 300 mV-ból 3 000 mV, vagyis 3 V legyen.

A közvetlen erősítő esetén a jel a szabályozón is áthalad. A vezérelt erősítő azt jelenti, hogy az erősítést például az erősítő vezérlő bemenetére adott jellel szabályozzuk. Ilyen pl. a már korábban megismert VCA.

Az elektronikában gyakran használunk rezgéskeltőket, oszcillátorokat.

A digitális technika oszcillátorából nyerjük a mintavételhez szükséges frekvenciát, és oszcillátor adja az áramkörök egy-egy lépését vezérlő órajelet is. Ezek az oszcillátorok általában négyszögjeleket állítanak elő.

Az elektronikus hangszerek jelentős részében is oszcillátorokkal állítjuk elő a különböző alaprezgéseket – szinusz, háromszög, fűrész, négyszög alakúakat.

A nagyfrekvenciás rádióhullámok alapjelét – az úgynevezett vivőt – is elektronikus rezgéskeltők szolgáltatják. Ezekre ültetjük, moduláljuk az adás során a továbbítandó hasznos jeleket. Vételkor a modulált jelet demoduláljuk, s legtöbbször a vevőkészülékben is van oszcillátor.