Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

WPROWADZENIE DO ELEKTRONIKI I TELEKOMUNIKACJI WYDZIAŁ ELEKTRONIKI MIKROSYSTEMÓW I FOTONIKI prof. Andrzej Hałas Katedra Mikroelektroniki i Mikrosystemów.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "WPROWADZENIE DO ELEKTRONIKI I TELEKOMUNIKACJI WYDZIAŁ ELEKTRONIKI MIKROSYSTEMÓW I FOTONIKI prof. Andrzej Hałas Katedra Mikroelektroniki i Mikrosystemów."— Zapis prezentacji:

1 WPROWADZENIE DO ELEKTRONIKI I TELEKOMUNIKACJI WYDZIAŁ ELEKTRONIKI MIKROSYSTEMÓW I FOTONIKI prof. Andrzej Hałas Katedra Mikroelektroniki i Mikrosystemów CZĘŚĆ I

2 SIŁY SŁABYCH ODDZIAŁYWAŃ M m R Prawo powszechnego ciążenia – I. Newton 1687 r. Stała grawitacyjna Q q RPrzenikalność elektryczna próżni S S R Przenikalność magnetyczna próżni Oddziaływanie między ładunkami elektrycznymi – Ch. Coulomb 1785 r. N Oddziaływanie między masami magnetycznymi

3 CENTRALNE POLE SIŁ - NATĘŻENIE POLA Natężenie pola elektrycznego Natężenie pola grawitacyjnego Linie sił pola _ M m q Q R R -

4 LINIE NATĘŻENIA POLA MIĘDZY ŁADUNKAMI ELEKTRYCZNYMI PrzyciąganieOdpychanie Natężenie pola elektrycznego K definiuje się jako stosunek Linie natężenia pola linie styczne w każdym swoim punkcie do wektora działającej siły F i tym samym do wektora natężenia pola K. W polu elektrycznym linie zaczynają się na ładunkach dodatnich, a kończą na ładunkach ujemnych. siły F, działającej na dodatni ładunek q, do wartości tego ładunku. Dipol elektryczny l

5 ENERGIA POTENCJALNA W CENTRALNYM POLU SIŁ h F F R _ Jeżeli pracę wykonuje pole - E p jest dodatnia Jeżeli praca wykonywana jest przeciw siłom pola - E p jest ujemna RZRZ Energię potencjalną ciała definiuje się jako pracę potrzebną do przeniesienia tego ciała z danego punktu pola sił do nieskończoności.

6 POTENCJAŁ W POLU SIŁ _ + q Q Potencjał jest parametrem charakteryzującym pole sił i nie zależy od właściwości obiektu, na który działa siła. W polu grawitacyjnym Ziemi na wysokości h od jej powierzchni W polu elektrycznym, w odległości R od ładunku wytwarzającego pole R Linie linie natężenia + _ Linie ekwipotencjalne pola

7 PRACA PRZESUNIĘCIA W POLU ELEKTRYCZNYM O STAŁYM NATĘŻENIU W polu elektrycznym F A B =q.K A B więc : + _ + AB d

8 PRAWO GAUSSA A Umownie przyjęto, że Stąd: natężenie pola elektrycznego - powierzchniowa gęstość ładunku Strumień elektryczny liczba linii natężenia pola elektrycznego przechodzących przez prostopadle ustawioną powierzchnię A. W przypadku kuli o promieniu R : Prawo Gaussa - strumień linii natężenia pola przez dowolną powierzchnię zamkniętą = sumie ładunków w obszarze ograniczonym tą powierzchnią podzielonej przez przenikalność elektryczną ośrodka, otaczającego ładunki.

9 POJEMNOŚĆ ELEKTRYCZNA 2R R V =0 U Ładunek zgromadzony na powierzchni kuli jest wprost proporcjonalny do wartości przyłożonego napięcia. Q U Współczynnik proporcjonalności Potencjał na powierzchni kuli Ponieważ U=V-V =V, zatem pojemność kuli

10 KONDENSATOR PŁASKI d + _ Zgodnie z prawem Gaussa natężenie pola elektrycznego A – wewnętrzna powierzchnia jednej z okładek kondensatora UZ definicji natężenie pola elektrycznego Stąd pojemność kondensatora płaskiego W próżni = 0 i stąd

11 DIELEKTRYKI Dielektryki – ciała b. słabo przewodzące prąd elektryczny - izolatory l l H H O K=0 p el =0 K K=0 K Cząsteczka niepolarnaCząsteczka polarnaCiało stałe z cząsteczek polarnych d Moment dipolowy p el =q.l Polaryzacja Elektrety – trwała polaryzacja po zestaleniu w obecności pola Ferroelektryki – porządkowanie domen w pewnych temperaturach

12 INDUKCJA ELEKTRYCZNA l l l l l l l l l l l l l l l dielektryk- gęstość ładunku na Nieskompensowany ładunek na okładce kondensatora Indukcja elektryczna polaryzacja = gęstość ładunku wyindukowanego na ściankach dielektryka - natężenie pola elektrycz. w dielektryku w próżni - natężenie pola elektrycz. okładce kondensatora Podatność elektryczna

13 POŁĄCZENIA KONDENSATORÓW U C1C1 C2C2 C3C3 Połączenie równoległe U C1C1 C2C2 C3C3 Połączenie szeregowe

14 PRĘDKOŚĆ NAŁADOWANYCH CZĄSTEK W PRÓŻNI U + _ katoda anoda q Praca niezbędna do przeniesienia ładunku q z katody do anody Jeżeli pracę wykonuje pole naładowana cząstka uzyskuje energię kinetyczną = różnicy energii potencjalnych na anodzie i katodzie i stąd prędkość naładowanej cząstki : W przypadku elektronu q=e=1, C m=m e =9, kg

15 ODCHYLANIE W POLU ELEKTRYCZNYM OCYLOSKOP KATODOWY h1h1 h2h2 l L x y d vxvx W polu elektrycznym: Stąd, czułość odchylania: UaUa +U d ekran UaUa

16 LAMPA OSCYLOSKOPOWA _ + ø ø sygnał podstawa czasu f p = f s T p =T s f p = 2f s T p =0,5T s UsUs t UpUp t U0U0 ? f p =0,5f s T p =2T s X – X Y - Y X - X Y - Y Ekran

17 POLE MAGNETYCZNE N S N S II Kciuk prawej ręki, ułożonej w kierunku przepływu prądu, wskazuje płożenie bieguna N. William Gilbert r.Hans Christian Oersted r.

18 LINIE POLA MAGNETYCZNEGO I I Linie pola magnetycznego są zawsze zamknięte. Jeżeli przez dwa przewody prąd przepływa w tym samym kierunku to przewody te przyciągają się. Opiłki żelaza układają się wzdłuż linii pola magnetycznego. Ramiona pętli przez którą przepływa prąd wzajemnie się odpychają. N S

19 STRUMIEŃ ŁADUNKÓW W POLU MAGNETYCZNYM NNNS - zgodny kierunek OdpychaniePrzyciąganie I F NS NS + - I F l Po podstawieniu oraz - przeciwny kierunek lub B – indukcja magnetyczna linii Wzór Lorenza l F B v

20 ZASADA SPEKTROMETRU MASOWEGO + x y z B v F v v v F F F r Jeżeli B v - to naładowane cząstki poruszają się po torach kołowych. Podczas ruchu po torze kołowym Stąd: i promień toru: Prędkość naładowanych cząstek: i ostatecznie

21 SPEKTROMETR MAS y x z R UsUs B m 1 m 2 m 3 _ + ø ø podstawa czasu UpUp t U0U0 X - X Y - Y UsUs Jeżeli napięcie przyspieszające jony w wyrzutni ma ten sam kształt i tą samą fazę, to na ekranie lampy oscyloskopowej pojawi się całe widmo analizowanych gazów.

22 ODCHYLANIE ELEKTRONÓW W JEDNORODNYM POLU MAGNETYCZNYM v B F h2h2 h h1h1 l L m m r ekran elektrony y x a jeżeli << r 2 Po podstawieniu to

23 MOMENT MAGNETYCZNY X X X X X F1F1 F2F2 F3F3 F4F4 B B B B I I I I F2F2 F4F4 Siły: działają wzdłuż jednej linii i wzajemnie się równoważą Proste działania sił: nie pokrywają się. Moment tych sił: Magnetyczny moment dipolowy ramki a b AB CD AB CD B

24 POLE MAGNETYCZNE PĘTLI I SOLENOIDU S N NS wewnątrz solenoidu Solenoid o N zwojach na długości w środku pętli Przenikalność magnetyczna próżni Dipolowy moment magnetyczny Indukcja magnetyczna: Natężenie pola magnetycznego Pętla o promieniu r m dip 0 =

25 MAGNETON BOHRA r Z warunku równowagi sił F od =F el wynika zależność: i stąd W modelu Bohra, dipol magnetyczny wytwarzany jest przez elektron wirujący wokół jądra atomu wodoru. Orbitalny moment magnetyczny tego dipola: e =1, [A.s] m dip =9, [A.m 2 ] r =5, [m] m e =9, [kg] o =8, [F/m] Moment dipolowy i spinowy są momentami elementarnych dipoli magnetycznych m dip

26 MAGNETYCZNE WŁAŚCIWOŚCI CIAŁ Polaryzacja magnetyczna albo magnetyzacja ciała DIAMAGNETYKI Oddziaływania dipoli wewnątrz cząsteczki diamagnetyka wzajemnie się kompensują (P mag =0). Pod wpływem H powłoki elektronowe ulegają pewnej deformacji i pojawia się niewielkie pole P mag skierowane przeciwnie do pola zewnętrznego. P mag H H 2, He, H 2 O, Cu, Zn, Hg, szkło, grafit 1 > r 1 PARAMAGNETYKI Cząsteczki paramagnetyka są dipolami magnetycznymi, ale w wyniku ruchów termicznych ich oddziaływania wzajemnie się kompensują. Pod wpływem H następuje porządkowanie dipoli, a pole P mag wzmacnia pole zewnętrzne. P mag H N 2, O 2, Al, K, Ti, W, Pt 1 r 1 FERROMAGNETYKI Dipole o dużych momentach magnetycznych mają tendencję do samoporządkowania się w pewnych obszarach, zwanych domenami. Pole H porządkuje te domeny, a pole P mag wzmacnia pole H. P mag = f(H) Fe, Co, Ni, Gd, Dy 1 r =f(H)

27 PRAWO GAUSSA A Prawo Gaussa – strumień indukcji magnetycznej przez dowolną powierzchnię zamkniętą jest równy zeru. Linia indukcji magnetycznej – linia w każdym swym punkcie styczna do kierunku wektora indukcji B. Strumień indukcji magnetycznej – liczba linii indukcji magnetycznej przechodzących przez prostopadle ustawioną powierzchnię A.

28 ZJAWISKO INDUKCJI ELEKTROMAGNETYCZNEJ N I G SN G I1I1 I2I2 Kierunek prądu indukowanego musi być zawsze taki, zmianom, które spowodowały jego wytworzenie. Reguła Lenza: Prawo Faradaya N – liczba zwojów cewki aby wytworzone przez ten prąd pole przeciwdziałało

29 MECHANIZM INDUKCJI ELEKTROMAGNETYCZNEJ V B I v B F v B F v B F Reguła trzech palców prawej ręki F = e.v.B.sin(v,B)

30 INDUKCJA WZAJEMNA SN I1I1 I2I2 G cewka 1 cewka 2 Całkowity strumień indukcji magnetycznej w uzwojeniu cewki 2: 21 N 2 I 1 L 21 =L 12 - współczynnik indukcji wzajemnej, wyrażony w henrach Siła elektromotoryczna, indukowana w cewce 2 Prąd indukowany w cewce 2 oddziaływuje zwrotnie na obwód cewki 1, indukując w nim siłę elektromotoryczną, skierowaną przeciwnie do E o EoEo Prąd I 1 płynący w obwodzie cewki 1 R N 2 21 =L 21 I 1

31 INDUKCJA WŁASNA - SAMOINDUKCJA Każda zmiana prądu w obwodzie powoduje zmianę strumienia indukcji magnetycznej i w konsekwencji wytworzenie SEM indukcji własnej o kierunku zgodnym z regułą Lenza. obwodu [H=.s] Równanie napięć w obwodzie Prąd po zamknięciu włącznika Prąd po otwarciu włącznika - stała czasowa obwodu + - I W I t t t t I L – indukcyjność własna

32 ZASADA DZIAŁANIA TRANSFORMATORA U1U1 U2U2 Na wspólnym rdzeniu 21 1 SEM samoindukcji w uzwojeniu pierwotnym SEM indukowana w uzwojeniu wtórnym Przekładnia napięciowa Zaniedbując straty, można przyjąć, że P = U 1.I 1 = U 2.I 2 Stąd przekładnia prądowa uzwojenie pierwotne uzwojenie wtórne

33 PRZEPŁYW PRĄDU ZMIENNEGO PRZEZ REZYSTOR, CEWKĘ I KONDENSATOR ° ° C ° i R °° i L °° i

34 PRZESUNIĘCIE FAZOWE t y 0 0 R y = R sin( + o ).f.t = t y = R sin( t+ o ) u t u = U m sin t UmUm u t UmUm u u t UmUm u = U m sin( t+ ) u y u = U m sin( t - )

35 DRGANIA WYMUSZONE R L C UCUC URUR ULUL U L -U C URUR ImIm ImIm UmUm u = U m sin t i=I m sin( t- ) UmUm ImIm

36 DRGANIA NIE TŁUMIONE t=0 + - I LC t=T - + I t=0t=T 0 T 1

37 DRGANIA TŁUMIONE Stała tłumienia Pulsacja drgań tłumionych L R C W + -

38 REZONANS R L C < Prąd płynący w obwodzie Amplituda prądu W przypadku rezonansu u=U m sin t F = F m sin t i = I m sin t

39 UKŁAD DRGAJĄCY OTWARTY U UU II Przy stałym napięciu zasilającym, z rozciągniętego obwodu powstaje dipol elektryczny. Hipoteza Maxwella (1864) – Drgający układ otwarty promieniuje falę elektromagnetyczną. Powstanie fali elektromagnetycznej wymaga istnienia zmiennego ruchu ładunków, lecz fala, która już powstała, sama sobie zawdzięcza zdolność rozchodzenia się w przestrzeni – w przypadku braku adsorpcji – na nieskończoną odległość i w nieograniczonym czasie. Przy zmiennym napięciu zasilającym, ładunek przepływając między okładkami kondensatora wytwarza zmienne pole elektryczne i magnetyczne.

40 POCZĄTKI RADIOKOMUNIKACJI K H Kierunek propagacji Z teorii Maxwella wynika, że prędkość rozchodzenia się fali elektromagnetycznej: Światło jest więc falą elektromagnetyczną ! 1864 – Maxwell formułuje teorię fal elektromagnetycznych 1887 – Hertz potwierdza doświadczalnie hipotezę Maxwella 1899 – Marconi nawiązuje łączność radiową przez kanał La Manche 1901 – Marconi nawiązuje łączność radiową przez Atlantyk


Pobierz ppt "WPROWADZENIE DO ELEKTRONIKI I TELEKOMUNIKACJI WYDZIAŁ ELEKTRONIKI MIKROSYSTEMÓW I FOTONIKI prof. Andrzej Hałas Katedra Mikroelektroniki i Mikrosystemów."

Podobne prezentacje


Reklamy Google