BRODSKA ELEKTROTEHNIKA I ELEKTRONIKA ZABILJEŠKE S PREDAVANJA 15 Napomena: kompletno gradivo je u literaturi, ovo su samo bitne natuknice.

Report
BRODSKA ELEKTROTEHNIKA I
ELEKTRONIKA
ZABILJEŠKE S PREDAVANJA 15
Napomena: kompletno gradivo je u
literaturi, ovo su samo bitne natuknice
TIRISTORI
Tiristor je sastavljen od četiri dopirana kristalna područja, PNPN
ili NPNP. Osim anode (A) i katode (K), tiristori imaju i
upravljačku elektrodu (gate, G). Tiristori se klasificiraju po tome
hoće li biti korišteni u izmjeničnim ili istosmjernim krugovima. U
istosmjernim krugovima koriste se kod raznih releja, alarma,
svjetlećih jedinica, dok se kod izmjeničnih krugova koriste za
upravljanje brzinom vrtnje i strujom (paljenje svjećica u
automobilu, upravljanje vrtnjom elektromotora, itd). Ponekad se
označavaju i sa SCR (silicon-controlled rectifier, silicijsko
upravljano pojačalo).
Podjela tiristora prema broju izvoda
priključaka
Vrsta rada
Broj izvoda
Blokiranje
Vođenje
2
Diodni tiristori s
inverznim
blokiranjem
Diodni tiristori s
inverznim
vođenjem
Dvosmjerno
vodljivi diodni
tiristor
(DIAC)
3
Triodni tiristor s
inverznim
blokiranjem
Triodni tiristor s
vođenjem u
inverznom
smjeru
Dvosmjerno
vodljivi triodni
tiristor
(TRIAC)
4
Tetrodni tiristor s
inverznim
blokiranjem
Prekidanje
Četiri osnovna sustava za konverziju
snage pomoću tiristora
1.
2.
3.
4.
Opterećenje za
Choper
istosmjernu
struju
Opterećenje za
Generator
izmjeničnu
izmjenične Ciklokonvertor
struju
struje
promjenjive
frekvencije
Izvor
Trošilo
istosmjerne
Invertor
izmjenične
struje
struje
Generator
Pretvarač s
Trošilo
izmjenične
faznom
istosmjerne
struje
regulacijom
struje
Izvor
istosmjerne
struje
TIRISTORI
• Tiristori se primjenjuju kod poluvalne i punovalne
regulacije snage motora, regulacije snage grijača,
regulacije osvjetljenja, fotoćelija, kod invertora, chopera,
istosmjernih motora, aparata za zavarivanje, statičkih
prekidača, pomoćne rasvjete, stabiliziranja izvora napona,
metronoma, brojača, regulacije temperature, usisavača, itd.
Postoje i specijalni tiristori kao što su: fototiristori
(svjetlosni izvori i svjetlosni detektori), optoelektroničke
komponente, u sklopu modula prekidač-reflektor,
timerima, oscilatorima, dekadnim djeliteljima, itd.
• Dvosmjerni triodni tiristor (TRIAC) je jedan od značajnijih
tiristora. U biti je to dvo-tiristorski integrirani krug od dva
paralelno spojena tiristora (n-p-n-p i p-n-p-n). TRIAC se
može aktivirati i odgovarajućim polaritetom napona
narinutog na katodu i anodu, a ne samo preko pobudne
elektrode. TRIAC je razvijen za bolju kontrolu izmjeničnih
krugova od jednotiristorskih sklopova.
NEKI ELEKTRONIČKI SIMBOLI
TEKUĆI KRISTALI
Tekući kristali su grupa tekućina visoke unutrašnje uređenosti,
odnosno pravilnosti u razmještaju molekula. Svojstva tekućih
kristala proizlaze iz oblika molekula u tekućini.
Molekule koje su izdužene slažu se tako da im duže osi leže
paralelno u tekućini. Pritom stupanj unutrašnje uređenosti
može varirati.
Poseban slučaj su kolesterički tekući kristali, tako nazvani jer se
njihova svojstva mogu pripisati obliku molekule KOLESTEROLA,
koja je sastavni dio molekula tih kristala.
Posebna geometrija unutrašnjeg slaganja molekula rezultira vrlo
velikom optičkom aktivnošću (pod optičkom aktivnošću
podrazumijeva se sposobnost zakretanja ravnine polarizacije
svjetlosti).
Vanjskim električnim poljem može se utjecati na unutrašnju uređenost
tekućih kristala, a time se mogu bitno mijenjati optička svojstva.
CRT i LCD
Klasični kompjutorski monitor ili TV prijemnik ima cijev s
katodnim snopom (eng. CRT - Cathode-Ray Tube). Katodna cijev
je konusnog oblika, koji omogućuje upravljano usmjeravanje
elektronskog mlaza na fluorescirajući zaslon (ekran).
LCD (engl. Liquid Crystal Display) je uređaj za vizuelno
prikazivanje podataka na zaslonu s tekućim kristalima.
Prvi LCD televizor su konstruirali stručnjaci Japanske kompanije
Epson 1973. godine. Prvi LCD televizor u boji proizveden je 1984.
godine.
AM
Active matrix LCD
PM
Passive matrix LCD
LCD
LCD s aktivnom matricom
AM LCD je vrsta zaslona u boji s tekućim kristalima koji se ugrađuje
u prijenosna računala. Sastoji se od više taknih slojeva tranzistora i
stakla (svaki je sloj tranzistora između dva sloja stakla). Omogućuje
vrlo visoku kvakoću prikazivanja slike, kontrast i svjetlinu,
propuštanjem napona kroz vodoravne i okomite žice između dva stakla
i moduliranjem napona pomoću malih tranzistora u svakom elementu
za prikazivanje slike (pixel). Ovakav zaslon podržava VGA (Video
Graphics Array) standard, sadrži približno milijardu tranzistora, a
jedno od svojstava im je i vrlo visoka učestalost osvježevanja slike.
Takvi zasloni su se počeli proizvoditi 1992. godine. Sinonim: TFT Thin Film Transistor.
Danas su ovi monitori u potpunosti ovladali tržištem.
Stupanj razvoja LCD monitora i
usporedba s CRT monitorima
Moderni LCD monitor potpuno je digitalni uređaj (ne samo u
programskom rješenju, nego i fizički, jer svaka točkica ima svoje
odvojeno sklopovlje i kristaličić). Zbog razloga kompatibilnosti još
uvijek se “bori” s analognim signalima koje mu šalje većina trenutno
aktualnih grafičkih kartica.
Analogni video signal je korisniji CRT monitorima, jer ga on neće
obrađivati digitalno, nego će sve ostati u analognoj domeni. To znači da
će ulazni signal uz vrlo malo smetnji sa strane biti vjerno prikazan na
ekranu.
Kod LCD monitora slika je sastavljena od diskretnih točaka koje se
mogu precizno adresirati. Stoga LCD monitor ulazni analogni signal
mora pretvoriti u digitalni oblik. Taj se postupak naziva AD konverzija
(analogno-digitalna pretvorba).
Problem s AD konverzijom je da on neminovno dovodi do pogreške, tj.
unosi određenu količinu smetnji.
Takt
A
A
a
1
t
ulazni signal
analogna strana
0
AD konvertor
t
izlazni signal
digitalna strana
Proces pretvorbe obavlja se tako da monitor u određenom taktu
(sampling frequency) očitava vrijednost amplitude ulaznog analognog
signala i pretvara ga u diskretnu numeričku vrijednost.
Podrazumijeva se da je digitalizacija to bolja što je frekvencija
uzorkovanja veća. Vrlo je važno da se amplituda ulaznog signala pročita
upravo u trenutku kada on zaista opisuje aktivni piksel slike, tj. u
trenutku kada bi se na standardnom analognom CRT monitoru iscrtala ta
točka.
Kako bi se to postiglo, mora frekvencija uzorkovanja biti
sinkronizirana s frekvencijom ulaznog analognog signala - u biti, obje
frekvencije moraju biti jednake.
Ako ima odstupanja, ADC LCD-a će pročitati krivu vrijednost
koja ne odgovara točnoj vrijednosti piksela koji šalje grafička kartica.
Takve će se greške, ovisno o veličini frekvencijske razlike, zbrajati od
piksela do piksela, a na ekranu će se manifestirati kao vrlo uočljive
vertikalne pruge.
Kako monitor mora od grafičke kartice dobiti dodatne
sinkronizacijske impulse koji pokazuju kada kreće iscrtavanje nove slike,
odnosno retka, ADC-u je posao na održavanju sinkrone frekvencije
uvelike olakšan, no ukoliko dođe do frekvencijskog ili faznog pomaka u
vezi s tim signalom javit će se tip greške koji se manifestira pojavom
uočljivih horizontalnih pruga, a moguće je da slika počne treptiti.
Tijekom proizvodnog procesa može se dogoditi da neki element
prestane raditi ili uopće ni ne proradi. To se najčešće događa s
tranzistorima koji za uključivanje ili isključivanje polarizacije filtera u
pikselskom sklopovlju. Greška se manifestira tako da je takav piksel
stalno ili uključen ili isključen. To se lako uoči te kupac može tražiti
novac nazad ili zamjenski monitor. Monitor može biti proglašen
ispravnim, ovisno o broju neispravnih piksela.
Trenutno stanje LCD tehnologije je takvo da se ne može
garantirati 100%-tnu ispravnost svih piksela. Tako npr. na tipičnom 15’’
ekranu razlučivosti 1024x768 ima 786432 odvojena piksela, a svaki
piksel je složen od tri subpiksela na koje su vezana po dva TFT
tranzistora, dolazi se do ogromnih brojki. Razumljivo je da se
proizvođač nalazi u teškoćama. Moguće je ponuditi serije sa 100%
ispravnih piksela, ali bi one bile jako skupe.
Upravo iz tih razloga načinjen je ISO 13406-2 koji kaže da na cijeloj
površini ekrana neispravno može biti samo 4 piksela i 5 subpiksela.
Primjenili se to na 15’’ monitor, slijedi da se smije pojaviti maksimalno
17 loših točkica, što ukupno čini 0,002% cjelokupnog broja točkica.
LCD-i imaju veću latenciju, koja nije dobra pri igrama ili intenzivnijim
grafičkim programima, jer je slika nešto lošija (tromija). U tim
namjenama CRT je i dalje u prednosti. Isto tako je u prednosti i u
prikazivanju AV materijala, npr. filmova.
Rješenje većine tih problema je u LCD monitorima koji koriste
MVA (Multidomain Vertical Alignment), koji nude vrlo kratko vrijeme
latencije koje se u praksi uspoređuje s CRTom, boje su preciznije u
mjeri koja zadovoljava profesionalni rad, a kut gledanja im je dodatno
povećan. No cijena je ograničavajući faktor.
Prednost LCD-a je u potrošnji el. energije. Dok je kod CRT-a
donja granica potrošnje 100 W, kod LCD-a još nije dosegnuta tako
velika, gornja granica. Većina popularnih modela troši oko 25 W. Stoga
im je za ventilaciju potreban vrlo mali prostor.
Uz LCD dolazi crna kutijica koju treba s jedne strane priključiti na
monitor, a s druge na gradsku mrežu. Izdvajanjem napajanja smanjuje
se količina topline koja se proizvodi u kućištu. Neki preferiraju
ugradnju napajanja u podnožje monitora, a tako se pridonosi stabilnosti
monitora (zbog njegove male mase).
Postizanje dobre jačine osvjetljenja i dobrog kontrasta, problem
je LCD-a, pa im je ideal još uvijek CRT. TFT tehnologija omogućila je
dobro kontrastiranje, no još je uvijek potrebno određeno vrijeme kako
bi se dosegle vrijednosti osvjetljenja (brightness), jer su lošije za jedan
red veličina od CRT-a.
Aktivni TFT ne emitira svjetlost. U svim LCD monitorima
nalaze se fluorescentne lampe, koje osvjetljuju pozadinu ekrana i jedini
su aktivni izvor svjetlosti. Tek kad se riješi problem što bolje
iskorostivosti tih lampi, tj. prijenos pozadinske svjetlosti prema površini
ekrana, moći će se u slučaju LCD monitora govoriti o dostizanju razine
osvijetljenosti CRT monitora.
Kod LCD monitora do izražaja dolazi latencija. Za razliku od
CRT monitora u kojem se koriste vrlo brzi fosforni premazi s kratkim
vremenom latencije, u LCD-ima se koriste tekući kristali koji svaki put
kad trebaju promijeniti stanje osvjetljenosti piksela ili subpiksela
mijenjaju svoje kristalično stanje. Ta je promjena prilično spora, pa
se kaže da LCD-i imaju relativno veliko vrijeme latencije. To se u
praksi iskazuje pri prikazivanju scena koje se brzo mijenjaju pa dolazi
do određenog zamućivanja slike.
PLAZMA TV
Plazma zaslon za svaki piksel koristi posebnu čeliju okruženu
elektrodama. Čelije su međusobno odvojene dielektričkim slojem
magnezij-oksida (MgO). Između dvije staklene površine nalaze se
milijuni čelija ispunjenih smjesom inertnih plinova (neon, kseon,
argon). Smjesa plinova se stimulira električnom energijom što
rezultira ultraljubičastim (ULJ) svjetlom koje apsorbiraju crveni,
zeleni i plavi flourescentni segmenti (RGB). Nastaje vidljiva
svjetlost koja oblikuje sliku na zaslonu. Korištenjem PCM
modulacije (Pulse Code Modulation) određuje se intezitet pojedine
boje
čime
se
dobivaju
različite
nijanse
boja
(256x256x256=16777216 boja).
LCD vs. Plazma - razlike između zaslona
1) UČINAK UPEČENE SLIKE (SCREEN BURN-IN EFFECT)
Nastaje ukoliko se na zaslonu duže vrijeme prikazuje ista statična slika.
Primjerice raspored reda letova u zračnim lukama ili logo tvrtke. Slika
se "zapeče" u ekran te je vidljiva kao silueta i nakon promjene slike.
Problem rješavaju putem screen saver metoda gdje se u vremenskim
intervalima slika neprimjetno pomiče za određeni broj piksela. Siluetu
upečenu u zaslon moguće je smanjiti/ukloniti višesatnim prikazivanjem
tonova sive boje ili full color spektra. LCD zasloni nemaju burn-in
problem.
2) SATURACIJA BOJA
Boje na plazma zaslonu su vjernije i postojanije iz razloga što svaki
piksel posjeduje crveni, zeleni i plavi segment. LCD, mijenjajući
brzinu i duljinu valova svjetlosti kroz kristalne molekule prikazuje
različite boje. LCD je odličan za prikaz slike sa računala dok će plazma
doći do izražaja prilikom gledanja filmova.
LCD vs. Plazma - razlike između zaslona
3) KONTRAST
S obzirom da plazma zasloni mogu prekinuti dovod naboja na
čeliju, u mogućnosti su i prikazati potpuno crnu boju. Samim time
su i vrijednosti kontrasta znatno veće 500:1>1000:1, pa i više što je
znčajna karakteristika prilikom gledanja filmova (DVD). LCD mora
povećati voltažu kako bi prikazao tamniji piksel. Vrijednosti su
ograničene a samim time i vrijednosti kontrasta. Rijetko koji LCD
zaslon ima vrijednost kontrasta >500:1.
4) VIJEK TRAJANJA
Proizvođači jamče vijek trajanja između 75000 i 100000 sati za
LCD zaslone. Samim time su pogodniji za 24 satno korištenje.
Vijek trajanja plazma zaslona kada će plazma imati 50% početnog
sjaja, je između 50000 sati.
5) KUT GLEDANJA
Plazma zasloni imaju veći kut vidljivosti zaslona( >160).
LCD vs. Plazma - razlike između zaslona
6) UPOTREBA SA RAČUNALOM I VIDEOM
LCD nema problema sa statičnim slikama, nisu ovisni o
"osvježivanju" te nema tritranja slike. Podržava veče rezolucije od
plazma zalona. Plazma osim problema sa statičnim slikama ima i
određeo titranje prilikom prikaza računalne slike. S obzirom da se
plazma gleda sa veće udaljenosti titranje nijje vidljivo. Plasma ima
visoki kontrast, izvrsni spektar boja i odličan prikaz predmeta u
pokretu. LCD zasloni unatoč progressiv scan tehnologiji imaju dulje
vrijeme odziva što je problem kod brze izmjene boja.
7) REFLEKSIJA ZASLONA
Plazma zaslone karakterizira staklena površina. Problem kod stakla je
što daje odbljesak svjetla iz okoline. LCD zasloni nemaju staklenu
površinu i samim time nema problema refleksije.
8) POTROŠNJA EL. ENERGIJE
LCD zasloni troše upola manje električne energije od plazma zaslona.
POČECI NANOTEHNOLOGIJE
Nanotehnologija je skup aktivnosti gradnje i drugih djelovanja na
strukturama kojima se dimenzije izražavaju u nanometrima.
1981. pronađena je naprava scanning tunneling microscope (STM),
koja detektira slabašne struje koje teku između šiljaka mikroskopa i
uzorka koji se proučava. Tako se mogu “vidjeti” čestice koje se
proučavaju do veličine pojedinačnog atoma.
Slijedilo je otkriće atomic force microscope (AFM). Princip rada
AFM-a je: sićušna sonda (nit ili šiljak piramidnog oblika širine od 2 do
30 nm) dovodi se u izravan kontakt s uzorkom. Nakon toga se pomiče
prema kraju poluge, koja se savija kako se šiljak kreće po reljefnoj
površini uzorka. Pomak u okomitom smjeru mjeri se refleksijom
laserske zrake od vrha poluge. Osim promatranja, skenirajuće naprave
mogu se koristiti za izgradnju nanostruktura. Šiljak AFM-a može se
upotrijebiti za fizičko pomicanje nanočestica po površini i njihovo
slaganje u cjeline. Može se upotrijebiti za pravljenje nanoureza u
površini. STM može biti izvor elektronskog mlaza kada se poveća
struja šiljka i tada se mogu pisati tragovi nanometarske veličine.
STM
Skenirajući tunelirajući mikroskop
Jedna od mla ih eksperimentalnih tehnika, ali zato gotovo
nezaobilazna u svim eksperimentima u kojima je bitno odrediti
strukturu površine na atomskoj skali.
STM je jedinstvena tehnika koja daje sliku rasporeda atoma na
kristalnoj površini, u realnom prostoru. Sljedeća slika pokazuje
površinu vanadija koja je rekonstruirala u 5x strukturu pod
utjecajem segregiranog kisika.
Pogled na atome: vanadijeva površina
AFM
Mikroskop atomske sile (AFM), naprava namijenjena promatranju površina, ne
nužno vodljivih. Ovo je glavna prednost AFM-a prema skenirajućem
tunelirajućem mikroskopu koji se može primijeniti za promatranje isključivo
vodljivih materijala i njihovih površina. Za razliku od STM-a, AFM ne mjeri struju
između vrha mikroskopa i uzorka, nego silu koja djeluje među njima. Sile koje su
važne u ovom slučaju su jaka odbojna sila na malim udaljenostima koja se
pojavljuje kao rezultat preklopa elektronskih gustoća vrha mikroskopa i uzorka i
dugodosežna privlačna van der Waalsova sila. Oštri vrh AFM mikroskopa
postavljen je okomito na 'gredu' mikroskopskih dimenzija, a mali pomaci grede
mjere se ili optički (koristeći laser, interferometrija) ili električki (piezoelektrične
metode kad je greda načinjena od piezoelektrika kao što je kvarc npr.). Pomak
grede proporcionalan je sili koja djeluje između vrha i uzorka. Promjene mjerene
sile kako se vrh miče po površini snimaju se i ovakva informacija se koristi za
rekonstrukciju slike površine. AFM funkcionira i izvan visokovakuumskih uvjeta i
može se upotrijebiti za promatranje bioloških uzoraka. Njime se također mogu
pomicati atomi ili molekule po površini materijala.
Nanocijevi
Ugljikova nanocijev (carbon nanotube, buckytube) jedan je od
najzaslužnijih materijala za veliki interes koji vlada za
nanotehnologiju. Nanocijevi su izgrađene od samo atoma ugljika koji
su raspoređeni u šesterokutnu ravnu mrežu koja u čvorovima ima
atome. Mreža je savijena u sićušnu cijev. Cijevi mogu imati jednu ili
više stijenki, mogu biti usukane ili ravne, mogu biti odlični vodiči ili
poluvodiči.
Takva struktura ima sljedeća svojstva:
Veličina:
promjer 0,6 do 1,8 nm
duljina 1 do 10 m
Gustoća: 1,33 do 1,40 g/cm3.
Čvrstoća na istezanje:
najmanje 10 puta veća od čvrstoće legiranog čelika
ELEKTROTEHNIKA I
ELEKTRONIKA
• Jake struje – elektroenergetika, distribucija, električni
strojevi. Na brodu: brodske mreže, uzemljenje,
magnetizam, distribucija, strojevi, pumpe, vitla i trošila...
• Slabe struje – računala, komunikacije, elektronički
elementi i uređaji. Na brodu: automatika, elektronika,
radiokomunikacije, antene, radari, navigacijski uređaji...
• I jake i slabe struje mogu biti istosmjerne i izmjenične, a
nastaju kemijski, toplinski, svjetlosno i mehanički.
• Primjene
elektroničkih
komponenti
u
logičkim
sklopovima, koji su sastavni djelovi kompjutora –
Pogledajte Upute za laboratorijske vježbe.
ELEKTROTEHNIKA I ELEKTRONIKA - PREGLED
PREGLED ELEKTROTEHNIČKIH
MATERIJALA
U ovom kolegiju upoznali smo se s elektrotehničkim materijalima i nekim
tehnologijama, te nekim primjenama elektrotehničkih materijala. Promotrena
je i unutarnja građa materije, te atoma. Elektrotehnički materijali po
električnim svojstvima dijele se na: vodiče, poluvodiče i izolatore.
Materijali koji provode električnu struju, vodljivi materijali, mogu pružati i
značajan otpor toku struje, pa se onda zovu otpornim materijalima. To je
značajna podgrupa materijala s vodljivim svojstvima. Lošiji vodiči, ali još
uvijek vodljivi materijali, imaju dobra magnetska svojstva. Najznačajniji
magnetski materijala, željezo, je metal, a metalna građa omogućuje
provodnost. Magnetski materijali povezuju električna i magnetska svojstva
materije, te dokazuju da postoji samo jedna, združena, elektromagnetska sila u
prirodi, a da su električna svojstva i magnetizam različite manifestacije jedne
te iste prirodne sile. Magnetski materijali služe za pohranu informacija u
računalnoj tehnologiji. Izolatori su, pak, dielektrični materijali. Posebno važna
skupina dielektričkih materijla je ona s opto-vodljivim svojstvima, tzv. optički
materijali. Njihove najvažnije primjene danas su u komunikacijama (optički
kabeli), LCD zaslonima (tekući kristali) i optičkim memorijama. Poluvodiči su
omogućili neviđen napredak računalne tehnologije postupkom planarne
tehnologije, koja se danas približava samim fizičkim granicama mogućeg.
Nasljednik te tehnologije sigurno će biti nanotehnologija, koja je također
dotaknuta u ovom kolegiju.
PREGLED ELEKTROTEHNIČKIH
MATERIJALA
MATERIJALI KOJI PROVODE STRUJU KROZ SEBE:
vodiči, otporni materijali, supravodiči, specijalne namjene
s potrebom vođenja struje + magnetska svojstva, jer tok
struje uzrokuje magnetsko polje i obrnuto
MATERIJALI KOJI NE PROVODE STRUJU, ALI
PROPUŠTAJU ELEKTRIČNO POLJE: izolatori, optički
materijali, memorijski materijali, LCD, plazma TV,
kondenzatori i sl.
POLUVODIČI: ponekad dielektrici, ponekad vode struju,
omogućuju računalnu tehnologiju. Danas se eksperimentira
s alternativama. Mnoga poluvodička svojstva imaju
primjenu u praksi - fotoelektrični efekt, termoelektrična
svojstva, elektroluminiscencija itd, omogućuju pretvorbu iz
jednog u drugi oblik energije, te služe u ispravljanju struje.

similar documents