Barion Pixel

Villanyszerelők Lapja

Számítástechnika

Mikroelektronika a villamossági eszközökben I. rész

2014. május 15. | Porempovics József |  3924 | |

Az alábbi tartalom archív, 7 éve frissült utoljára. A cikkben szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

Az elektronika teljesen átvette az uralmat felettünk. Nem is túl régen még a „nem élhetek muzsikaszó nélkül” dallamát cigányprímás húzta a fülekbe, ma már MP3 lejátszóról, mobiltelefonról vagy internetes rádióról hallgatjuk a mai kor zenéit, és talán eszünkbe sem jut más lehetőség.

Miért is maradt volna ki ebből az újkori technikai forradalomból a mi szakmánk, hiszen már 1947-ben megalkották az első tranzisztort (transfer-resistor), 1952-ben az első generációs, Neumann János-rendszerű elektronikus számítógépet (EDVAC), 1958-ban az első integrált áramkört (IC = Integrated Circuit), 1971-ben pedig az első mikroprocesszort (CPU=Central Processing Unit).

A villamossági szakma gyakorlása elképzelhetetlen vezérlő, szabályozó eszközök nélkül, a legegyszerűbb épületvillamosság is tartalmaz legalább egy-két elektronikával működtetett eszközt, pl. elektronikus impulzusrelét, digitális szobatermosztátot stb. A mikroelektronika alkalmazása a villamossági eszközökben alacsonyabb költségeket és komplexebb funkciókat eredményez. Igaz, hogy egyébként bonyolultabbnak tűnő készülékeket kell telepíteni, de szinte minden megrendelői igényre, műszaki feladatra létezik valamilyen jó eszköz, jó megoldás. Az elektronikus eszközök javíthatósága a bennük lévő, előre programozott mikrovezérlő miatt legtöbbször csak cserével oldható meg, de a gyártók akár 2 év garanciát is biztosítanak, ami növeli az ilyen jellegű eszközök alkalmazása iránti bizalmat. Ha belegondolunk, igazából választásunk sem maradt, hiszen gyakorlatilag már csak ilyen eszközök léteznek.

Mit is tartalmaznak ezek a vezérlő, szabályozó eszközök – „fekete dobozok” –, melyeket szinte minden nap a kezünkbe veszünk, telepítünk, és működtetünk velük különböző folyamatokat? Milyen alkatrészek, kapcsolási megoldások találhatók pl. az időrelékben, fényerőszabályozókban stb.? A cikk célja rálátás-szinten megismertetni a villamossági eszközök másik, elektronikai oldalát is, ami esetleg hasznos lehet használatuk, telepítésük során, működésük megismerésében és az esetleges hibakereséskor.

Bármilyen funkcióval rendelkező elektronikáról beszélünk is, egy biztos – különféle elektronikai alkatrészeket tartalmaz, melyek a készülék céljához, feladatához tervezett áramköri konstrukcióban kerültek összeépítésre, összekötésre a nyomtatott áramköri lemezen. Az áramköri alkatrészek zöme jól ismert a nem elektronikával foglalkozó villamossági szakemberek számára is, hiszen ha máshol nem, a szakképzések tananyagaiban biztosan szerepeltek, ezért nem „oktató” jelleggel, hanem inkább ismeretfrissítő szándékkal vegyük sorra a legfontosabb elektronikai elemeket, melyek többsége szinte biztos, hogy ott lapul a napi szakmai munkavégzés során használt, telepített, beállított vagy javított készülékekben. Teszszük ezt azért is, hogy megalapozzuk a cikksorozat további részeiben bemutatásra kerülő áramköri megoldásokban történő eligazodást.

Alapvetően passzív (2. ábra) és aktív elektronikai alkatrészeket különböztethetünk meg, de mindkét területről csak a legfontosabbakat és azok legalapvetőbb jellemzőit érintjük, és csak olyan mértékben, ami a továbbiak megértését segítheti.

 

 

Ellenállás

Első és leggyakoribb passzív alkatrész az ellenállás (jele: R), melynek mértékegységét az Ohm-törvényről (R=U/I) is ismert Georg Ohm nyomán Ohm-nak neveztek el, jelölése: . Áramköri szerepük általában a feszültségejtés, feszültségosztás és az áramkorlátozás. Az ellenállásokat különböző célra különböző anyagokból gyártják (huzal, szén- vagy fémréteg stb.), de sok érzékelő működése is az ellenállás-változáson alapul, az NTC vagy PTC termisztoroktól a fényérzékelő fotoellenállásokon át egészen az alakváltozás-függő nyúlásmérő bélyegekig. Kivitel szempontjából szintén megtalálhatók a célnak, áramköri konstrukciónak megfelelő ellenállások, így a nagy hőelvezető felülettel, viszonylag nagyobb mérettel is rendelkező teljesítmény-ellenállásoktól egészen az SMD, felületszerelt ellenállásokig gyártanak ilyen alkatrészeket. Ide tartoznak még a változtatható ellenállások, melyeket potenciométernek nevezünk, illetve léteznek már digitális ellenállások is.

 

 

Kondenzátor

A következő gyakori passzív áramköri alkatrész a kondenzátor (jele: C), melynek mértékegysége Michael Faraday tiszteletére a farad, jelölése: F. A kondenzátor elektromos töltések tárolására alkalmas eszköz, ezért egyik leggyakoribb áramköri alkalmazása a tápegységek egyenáramának „simítása”, pufferelése, illetve a tápfeszültségek szűrése, zavarmentesítése, de rádiófrekvenciás rezgő és hangoló áramkörökben, hang- és videotechnikában is gyakori alkatrész. A villanymotorok egyes típusainak indításához is kondenzátorokat használunk. A különböző feladatokhoz különböző felépítésű, anyagú és kivitelű kondenzátorok kaphatók, melyek közül a legismertebb az elektrolit-, a kerámia-, a fóliakondenzátor. Elektronikai áramköröket – az ellenállásokhoz hasonlóan – kondenzátorból is elsősorban az SMD típusokkal szerelnek. A méréstechnikában gyakori módszer a kapacitásváltozáson alapuló érzékelés, pl. szintmérésnél, de az érintőképernyők érintésérzékelői is működhetnek ezen az elven (persze vannak rezisztív érzékelők is, melyek ellenállás-változást érzékelnek).

 

Induktivitás

Az induktivitás (jele: L) is passzív alkatrész, mely tulajdonképpen vezető huzalból készült tekercs, jól ismerjük a vasmagos transzformátorokból, mértékegysége a henry, jelölése: H. A transzformátorokon kívül gyakori alkatrésze a zavarszűrőknek, kapcsolóüzemű tápegységeknek, ahol többek között töltéstárolásra használják, de a rádiófrekvenciás rezgőköröknek is jellemző tagja. Áramkorlátozó fojtótekerccsel találkozunk a hagyományos fénycsöves armatúrákban, ami nem más, mint induktivitás. Természetesen induktivitásból is többféle létezik, így akár SMD kivitelben is gyártják.

A passzív alkatrészek sora természetesen ezzel nem teljes, hiszen sok egyéb alkatrész épül be az elektronikákba (biztosítékok, csatlakozók stb.), itt a legjellemzőbbeket emeltük ki.

Az aktív alkatrészeken ma már szinte csak a félvezető alapú elektronikai alkatrészeket értjük, melyek különböző kapcsoló, szabályozó, erősítő funkciókat látnak el. A félvezetőtechnika a mai napig állandó változásban, fejlődésben van, újabbnál újabb és jobb tulajdonságokkal bíró eszközök jelennek meg. A választék nagyon nagy, ezért ebben a témakörben is csak a legismertebb, leggyakoribb elemeket vesszük sorra, továbbra is a cikksorozat folytatásának bevezetéseként.

 

Dióda

Az egyik legismertebb a dióda, mely egy két kivezetéses (anód–katód) elektronikai alkatrész. Talán leggyakoribb alkalmazása a tápegységeknél ismert, ahol a váltakozó áram egyenirányítása a feladata. Működésének alapjellemzője, hogy csak az egyik irányba engedi át az áramot, melynek feltétele, hogy két kivezetésére polaritáshelyesen ún. nyitóirányú feszültséget kapcsoljunk (ez szilíciumdiódáknál jellemzően 0,7 V). A dióda az egyenirányításon kívül sok más célra is bekerülhet az elektronikákba, így például logikai kapcsolások hozhatók létre, bemenetek védelmét láthatja el, vagy éppen demodulátorként funkcionálhat. A varikap dióda például, mint feszültségvezérelt kondenzátor, rádióvevők hangoló köreiben használatos, míg a Zener dióda feszültségstabilizátorként tud működni (olcsóbb villamossági készülékekben gyakran használják az eszköz belső áramköreinek tápfeszültség-ellátására).

A diódák speciális fajtája a LED (Light Emitting Diode = fénykibocsátó dióda), melyet az egyszerű optikai visszajelzésen túl már lakások, autók vagy akár ipari létesítmények fényforrásaként is felhasználunk. Anélkül, hogy nagyon belemennénk az ún. PN-átmenet működésébe, talán érdemes rövid említést tenni arról, hogy miként is jön létre a diódában a fény. A lényeg abban rejlik, hogy a félvezető töltéshordozói (elektronok) elektromos áram hatására gerjednek, ami azt eredményezi, hogy magasabb energiaszintre kerülnek, majd, mivel ez az állapotuk instabil, újra vissza. A visszaugráskor egy rekombinációs folyamat indul be, melynek eredménye a fotonok kibocsájtása. A kibocsájtott fény színét nem a burkolat színe határozza meg (bár befolyásolhatja), hanem a dióda anyagának összetétele. Kis fogyasztása, hoszszú élettartama, rezgésállósága és kapcsolási gyorsasága hozzájárult ahhoz, hogy világításként is használhassuk.

A következő lapszámban tovább folytatjuk a félvezetők áttekintésével, a sokféle tranzisztorral, triakkal, melyek a villamossági eszközök meghajtóinak is szerves részét képezik.


Kérjük, szánjon pár pillanatot a cikk értékelésére. Visszajelzése segít a lap és a honlap javításában.

Hasznos volt az ön számára a cikk?

 Igen

 Nem