13. fejezet – Ipari elektronika az épületvillamosságban

13.1 Félvezetők: vezető, szigetelő, félvezető; a dióda

Miért nem vezet, és miért nem szigetel?

Az anyagokat aszerint soroljuk három csoportba, hogy mekkora energia kell egy elektron „elszabadításához” – ezt nevezzük tiltott sávnak.

(A szilícium tiltott sávjára a források 1,12 eV (300 K), illetve 1,14 eV (302 K) értéket adnak; a különbség a megadott hőmérsékletből ered, ezért a jegyzet a kerekített ~1,1 eV értéket használja.)

A félvezető önmagában rossz vezető. Adalékolással (szennyezéssel) tesszük használhatóvá:

N-típus: donor adalék (pl. foszfor) -> szabad ELEKTRONOK a többségi töltéshordozók.
P-típus: akceptor adalék (pl. bór)  -> LYUKAK a többségi töltéshordozók.

A PN-átmenet és a dióda

Ahol egy N- és egy P-típusú réteg találkozik, PN-átmenet jön létre. A határon a töltéshordozók átdiffundálnak, és kialakul egy töltéshordozóktól kiürített réteg (záróréteg), benne egy belső feszültségkülönbséggel.

(Mindhárom értéket három-három forrás egybehangzóan igazolja.)

13.2 Egyenirányítás, szűrés, a stabilizált tápegység

A három alapkapcsolás

Jelölés: U_m a szinuszos feszültség csúcsértéke (U_m = √2 · U_eff), U_dc az egyenirányított feszültség középértéke.

(A csúcs-záróirányú feszültséget – PIV – a kutatás csak egy forrásból tudta igazolni: Graetz-hídnál U_m, középleágazásosnál 2·U_m diódánként. Ezért a jegyzet ezt egyforrású adatként jelöli.)

Szűrés töltőkondenzátorral

A lüktető egyenfeszültséget töltőkondenzátorral simítjuk. A maradó lüktetés a brumm.

A stabilizált tápegység négy fokozata

1. TRANSZFORMÁTOR - a feszültségszint beállítása és GALVANIKUS LEVÁLASZTÁS.
2. EGYENIRÁNYÍTÓ - váltakozó feszültségből lüktető egyenfeszültség.
3. SZŰRŐ (töltőkondenzátor) - a lüktetés (brumm) csökkentése.
4. STABILIZÁTOR - a kimenő feszültség állandó értéken tartása a bemeneti
   feszültség és a terhelés változása ellenére.

13.3 Kapcsolóüzemű tápegység (SMPS) – a LED-driver belseje

A lineáris stabilizátor pazarol. A kapcsolóüzemű tápegység (SMPS) ezt kerüli el.

(Az aktív PFC-vel elérhető, 0,99 fölötti teljesítménytényezőt és a kb. 400 V-os köztes egyenfeszültséget a kutatás egy forrásból tudta igazolni.)

13.4 Zener-dióda, LED és előtétellenállás

A Zener-dióda

A Zener-diódát záróirányban, a letörési tartományban üzemeltetjük – itt a feszültsége széles áramtartományban közel állandó. Ez teszi egyszerű feszültségstabilizátorrá.

A LED és az előtétellenállás

Miért kell egyáltalán előtétellenállás? Mert a diódán átfolyó áram a feszültséggel exponenciálisan nő: egy kis feszültségváltozás nagy áramváltozást okoz. Állandó feszültségre kapcsolt LED áramát semmi nem korlátozná, és a LED azonnal tönkremenne.

Tipikus jelző-LED üzemi áram: 10–30 mA, leggyakrabban 12–20 mA.

13.5 Tranzisztor mint kapcsoló; relémeghajtás

A bipoláris tranzisztor alapjai

A tranzisztornak két alapvetően különböző üzemmódja van:

• Erősítő üzem: a munkapontot az aktív tartományba állítjuk, és a kis bemenő jel vezérli a nagyobb kimenő áramot.
• Kapcsolóüzem: a tranzisztor csak teljesen bekapcsolt (telített) vagy teljesen lezárt állapotban van. Az épületvillamosságban szinte kizárólag ezzel találkozol.

(A három tranzisztoros alapkapcsolás – földelt emitteres, földelt bázisú, emitterkövető – részletes összehasonlító táblázatát a kutatás csak egy forrásból tudta igazolni. Az épületvillamossági alkalmazásokhoz a kapcsolóüzem ismerete elegendő, ezért a jegyzet a három alapkapcsolás jellemzőit nem részletezi.)

13.6 Tirisztor és triak; fázishasításos teljesítményszabályozás – a fényerőszabályzó

A tirisztor három szabálya

1. Nyitóirányú (anód pozitív) előfeszítés mellett GATE-ÁRAMMAL bekapcsolható.
2. Bekapcsolás után a gate elveszti a vezérlést - a gate-tel NEM lehet kikapcsolni.
3. Kikapcsol, ha az anódáram a TARTÓÁRAM (I_H) alá csökken. Váltakozó áramú körben
   ez minden nulla-átmenetnél magától bekövetkezik: ez a TERMÉSZETES KIKAPCSOLÁS.

Bekapcsolt állapotban a tirisztoron kb. 1 V (más forrás szerint 1–2 V) feszültség marad. (A tartóáram, a gyújtóáram és a gyújtófeszültség tájékoztató tartományait a kutatás egy forrásból tudta igazolni, ezért azokat a jegyzet nem közli számértékkel – ezek mindig az adott típus adatlapjából veendők.)

A triak

A triak két, egymással ellentétes irányban párhuzamosan kapcsolt tirisztorral egyenértékű: mindkét irányban vezet. Ezért tud egész periódust szabályozni, míg az egyetlen tirisztorral megvalósított egyutas fázisszabályozás csak a teljesítmény 0–50 %-át éri el.

Fázishasításos teljesítményszabályozás

A fényerőszabályozó (dimmer)

A gyújtóáramkör klasszikus megoldása: egy R–C tag tölti a kondenzátort, amely a diak billenőfeszültségét elérve éles impulzussal gyújtja a triak gate-jét.

13.7 Optocsatoló és a galvanikus leválasztás

Szigetelési feszültség: tipikusan 2,5 kV – 5 kV vagy több; szilikonkupolás kivitelnél 2,5–6 kV, csúcskategóriában 10 kV-ig.

(A LED-áramot, az áramátviteli tényezőt (CTR) és a kapcsolási sebességeket a kutatás egy-egy forrásból tudta igazolni, és a CTR-adat kifejezetten félrevezető lenne a gyakorlatban használt fototranzisztoros típusokra. A jegyzet ezért ezeket nem közli – az adott típus adatlapjából kell venni.)

Kimeneti eszköz szerinti típusok: fototranzisztor, foto-Darlington, foto-tirisztor, foto-triak.

- Minden kapcsolóüzemű tápegység visszacsatoló körében (a hálózati és a kisfeszültségű
  oldal galvanikus elválasztása).
- Mikrovezérlős és PLC be-/kimenetek leválasztásában.
- Szilárdtest-relében (SSR), ahol a kimeneti elem foto-triak.
- Épületautomatikai eszközök bemeneti körében.

13.8 A digitális technika alapjai: logikai alapkapcsolatok, számrendszerek

A logikai alapkapcsolatok

A NEM (NOT, inverter) egyszerűen megfordítja a bemenetet: 0 → 1, 1 → 0.

ÉS   = két SOROSAN kapcsolt kapcsoló (mindkettőnek zárnia kell).
VAGY = két PÁRHUZAMOSAN kapcsolt kapcsoló (elég az egyiknek zárnia).
NEM  = ZÁRÓ (nyugalmi) érintkező.

Boole-algebrai alaptörvények

Logikai szintek

(A TTL-értékeket három forrás erősíti meg. A kimeneti szintekre és a zajtartalékra vonatkozó számértékeket a kutatás csak egy forrásból tudta igazolni, ezért azok itt nem szerepelnek.)

Számrendszerek

A digitális technika kettes (bináris) számrendszerben dolgozik. A helyértékek kettő hatványai:

13.9 Flip-flop, számláló – a lépcsőházi impulzusrelé logikája

SR (RS) latch:

JK flip-flop – ez oldja fel az SR tiltott állapotát:

D flip-flop: az órajel aktív élén átveszi a D bemenet értékét (Q⁺ = D).

T (toggle) flip-flop: T = 0-nál tárol, T = 1-nél minden órajelre átbillen (Q⁺ = Q ⊕ T).

13.10 Az elektronika és az épületvillamosság találkozási pontjai; felharmonikus-terhelés

Ez az alfejezet köti össze az egész fejezetet a napi munkával.

A frekvenciaváltó (VFD)

1. EGYENIRÁNYÍTÓ - hatpulzusos diódahíd a háromfázisú hálózatról.
2. EGYENFESZÜLTSÉGŰ KÖZTES KÖR (DC link) - nagy kondenzátorral.
3. INVERTER - IGBT-k, PWM-vezérléssel, amely "kvázi szinuszos" motoráramot állít elő.

LED-meghajtó és elektronikus előtét

A LED-meghajtó azért kell, mert a LED exponenciális karakterisztikája miatt állandó áramról kell táplálni (13.4 alfejezet). Az EU-előírás szerinti teljesítménytényező-követelmény: 2–5 W lámpateljesítménynél > 0,4; 5–25 W között > 0,5; e fölött > 0,9. A vonatkozó felharmonikus-áram szabvány az EN/IEC 61000-3-2, C osztály (világítástechnikai berendezések).

Az elektronikus előtét a gázkisülő lámpáknál váltotta le a mágneses (induktív) előtétet.

(A két előtéttípus hatásfokára a források eltérő számokat adnak, ezért a jegyzet ezeket nem közli – csak a minőségi különbséget.)

Felharmonikusok – az elektronika ára

Honnan jönnek? Minden nemlineáris fogyasztóból, amit ebben a fejezetben megnéztünk: kapcsolóüzemű tápegységek, LED-meghajtók, frekvenciaváltók, elektronikus előtétek, akkumulátortöltők, ívhegesztők.

A vonatkozó szabványok: IEC 61000-3-2 (készülékek felharmonikus-áram kibocsátása), IEC 61000-4-7 (mérési módszer), EN 50160 (a közcélú hálózat feszültségjellemzői, lásd a 11. fejezetet), IEEE 519.

13.1. mintapélda – Graetz-hidas tápegység töltőkondenzátorral

Feladat. Egy 230 V/12 V-os hálózati transzformátor szekunder oldalára szilíciumdiódás Graetz-hidat és C = 2200 µF töltőkondenzátort kapcsolunk. A terhelőáram I = 0,5 A, a hálózati frekvencia f = 50 Hz. Mekkora a kimeneti egyenfeszültség és a brummfeszültség?

Megoldás.

1. Szekunder csúcsfeszültség: U_m = √2 · 12 = 1,4142 · 12 = 16,97 V
2. A diódák feszültségesése. A hídban mindig 2 dióda vezet sorosan: U_csúcs = 16,97 − 2 · 0,7 = 16,97 − 1,4 = 15,57 V
3. A brumm frekvenciája kétutas egyenirányításnál: f_br = 2 · 50 = 100 Hz
4. Brummfeszültség: U_br,pp = I/(f_br · C) = 0,5/(100 · 2200 · 10⁻⁶) = 0,5/0,22 = 2,27 V
5. Az egyenfeszültség közelítő középértéke: U_dc ≈ 15,57 − 2,27/2 = 15,57 − 1,14 = 14,43 V

Tanulság – és ez a kezdők legnagyobb meglepetése. A 12 V-os trafóból nem 12 V, hanem kb. 14,5 V egyenfeszültség lesz, mert a kondenzátor a csúcsértékre töltődik fel.

Tervezési ellenőrzés. Ha ebből 7812-es stabilizátorral 12 V-ot akarnánk, a brumm völgyénél is a stabilizátor ejtőfeszültsége fölött kellene maradnunk: a völgy 15,57 − 2,27 = 13,3 V, a szükséges minimum pedig kb. 12 + 2 = 14 V. 13,3 V < 14 V, tehát ez a tápegység kevés.

Nagyobb kondenzátorral, C = 4700 µF-dal: U_br,pp = 0,5/(100 · 4700 · 10⁻⁶) = 1,06 V, a völgy 15,57 − 1,06 = 14,51 V > 14 V ✔

13.2. mintapélda – LED előtétellenállás

Feladat. 12 V-os egyenfeszültségről vörös jelző-LED-et (U_F = 2,0 V) szeretnénk üzemeltetni I_F = 20 mA árammal. Mekkora előtétellenállás kell, és mekkora a rajta fejlődő teljesítmény?

Megoldás.

1. Az ellenállásra jutó feszültség: U_R = 12 − 2,0 = 10 V
2. A számított érték: R_S = U_R/I_F = 10/0,020 = 500 Ω
3. Szabványos érték választása (E12-es sorból): - 470 Ω → I = 10/470 = 21,3 mA – kissé sok - 560 Ω → I = 10/560 = 17,9 mA – biztonságos Válasszuk az 560 Ω-ot.
4. Az ellenállás teljesítménye: P = U_R · I = 10 · 0,017 86 = 0,179 W Ellenőrzés a másik képlettel: P = I² · R = 0,017 86² · 560 = 0,000 319 · 560 = 0,179 W ✔
5. Névleges teljesítmény: 0,25 W-os (vagy a biztonság kedvéért 0,5 W-os) ellenállás.

Válasz: R_S = 560 Ω / 0,25 W, a LED-áram 17,9 mA.

13.3. mintapélda – Zener-diódás stabilizátor méretezése

Feladat. U_be = 12 V ± 10 % (azaz 10,8…13,2 V) bemeneti feszültségből U_Z = 5,6 V stabilizált feszültséget kell előállítani. A terhelőáram 0…20 mA között változik. A Zener minimális működési árama I_Z,min = 5 mA. Mekkora R_S kell, és milyen teljesítményű alkatrészek?

Megoldás.

1. A legrosszabb eset az előtétellenállásra: legkisebb bemenő feszültség + legnagyobb terhelés. R_S,max = (10,8 − 5,6)/(0,020 + 0,005) = 5,2/0,025 = 208 Ω
2. Szabványos érték. E12-ből a következő kisebb érték: 180 Ω. (Kisebbet kell választani, hogy a legrosszabb esetben is legyen elég áram!)
3. A legrosszabb eset a Zenerre: legnagyobb bemenő feszültség + terhelés nélküli állapot. I_Z,max = (13,2 − 5,6)/180 = 7,6/180 = 42,2 mA P_Z = U_Z · I_Z,max = 5,6 · 0,0422 = 0,236 W → 0,5 W-os Zener elegendő (kétszeres tartalék).
4. Az előtétellenállás teljesítménye: P_R = (13,2 − 5,6)²/180 = 57,76/180 = 0,321 W → 0,5 W-os (vagy 1 W-os) ellenállás.
5. Ellenőrzés névleges üzemben (12 V, 20 mA terhelés): I_R = (12 − 5,6)/180 = 6,4/180 = 35,6 mA; I_Z = 35,6 − 20 = 15,6 mA > 5 mA ✔

Válasz: R_S = 180 Ω / 0,5 W, Zener: 5,6 V / 0,5 W.

13.4. mintapélda – A lineáris stabilizátor teljesítménye és hatásfoka

Feladat. Egy 7805-ös stabilizátor bemenetére 12 V jut, a terhelőáram 0,5 A. Mekkora a stabilizátoron hővé alakuló teljesítmény és a hatásfok?

Megoldás.

1. P_veszteség = (U_be − U_ki) · I = (12 − 5) · 0,5 = 7 · 0,5 = 3,5 W
2. Hasznos teljesítmény: P_ki = 5 · 0,5 = 2,5 W
3. Felvett teljesítmény: P_be = 12 · 0,5 = 6,0 W
4. Hatásfok: η = P_ki/P_be = 2,5/6,0 = 0,4167 = 41,7 % Ellenőrzés a rövidebb képlettel: η = U_ki/U_be = 5/12 = 41,7 % ✔

Tanulság. A stabilizátoron 3,5 W hő keletkezik – ehhez hűtőborda kell. A hatásfok mindössze 41,7 %: több teljesítmény alakul hővé, mint amennyi hasznosul. Ugyanezt a feladatot egy kapcsolóüzemű (buck) átalakító 85–90 %-os hatásfokkal, kb. 0,3–0,4 W veszteséggel oldaná meg. Ez a magyarázata annak, hogy a mai tápegységek szinte kivétel nélkül kapcsolóüzeműek.

13.5. mintapélda – Tranzisztoros kapcsoló (relémeghajtás)

Feladat. Egy 12 V-os relé tekercsének árama 30 mA. A relét NPN tranzisztorral (β_min = 100) kapcsoljuk 5 V-os vezérlőjelről. Mekkora bázisellenállás kell?

Megoldás.

1. A kollektoráram: I_C = 30 mA (a relétekercs árama).
2. A szükséges bázisáram. Az alsó korlát I_B ≥ I_C/β_min = 0,030/100 = 0,3 mA. A biztos telítéshez ennél nagyobbat választunk; itt ötszörös értékkel számolunk: I_B = 5 · 0,3 mA = 1,5 mA (A szorzó gyakorlati biztonsági tényező, nem forrásból vett szabály – lásd a 13.5 alfejezetet.)
3. A bázisellenállásra jutó feszültség: U_RB = 5 − U_BE = 5 − 0,7 = 4,3 V
4. A bázisellenállás: R_B = 4,3/0,0015 = 2867 Ω → E12-ből 2,7 kΩ
5. Ellenőrzés: I_B = 4,3/2700 = 1,59 mA. A „kényszerített” áramerősítés β_kényszer = 30/1,59 = 18,8, ami jóval kisebb a 100-nál → mély telítés ✔
6. A tranzisztor vesztesége telítésben (U_CE,sat ≈ 0,2 V): P = 0,2 · 0,030 = 6 mW – elhanyagolható, hűtőborda nem kell.
7. Kötelező kiegészítés: a relétekerccsel párhuzamosan, fordított polaritással szabadonfutó diódát kell kötni (például 1N4148 vagy 1N4007).

Válasz: R_B = 2,7 kΩ, plusz szabadonfutó dióda.

13.6. mintapélda – Fázishasításos szabályozás fél teljesítménye

Feladat. Egy 230 V-os, 1000 W-os ohmos fűtőbetétet triakos szabályozóval vezérlünk. Mekkora a terhelésre jutó effektív feszültség és teljesítmény α = 90°-os gyújtásszögnél?

A gondolatmenet. Az effektív érték definíció szerint a pillanatérték négyzetének időbeli átlagából vont gyök (11. fejezet). A 90°-os gyújtásnál minden félhullámból pontosan a második felét engedjük át (90°-tól 180°-ig). A szinusz négyzete szimmetrikus a 90°-os csúcsra, ezért a 0°–90° és a 90°–180° szakasz ugyanakkora területet ad az u² görbe alatt.

Vagyis az u² átlaga pontosan a felére csökken.

Megoldás.

1. Az effektív feszültség: ha az u² átlaga feleződik, akkor az effektív érték a √0,5 = 0,7071-szeresére csökken: U_ki,eff = 230 · 0,7071 = 162,6 V
2. A terhelés ellenállása: R = U²/P = 230²/1000 = 52 900/1000 = 52,9 Ω
3. A teljesítmény: P = U_ki,eff²/R = 162,6²/52,9 = 26 439/52,9 = 500 W
4. Ellenőrzés arányosítással: P/P_max = (U_ki,eff/U)² = 0,7071² = 0,5 – pontosan a névleges teljesítmény fele ✔

Tanulság – a fázishasítás legfélrevezetőbb tulajdonsága. A feszültség csak 70,7 %-ra csökkent, a teljesítmény viszont a felére. Aki a feszültséget méri egy dimmeres körben, és abból következtet a teljesítményre, az súlyosan tévedni fog. Ráadásul a jelalak már nem szinusz: a mérést csak true RMS műszerrel szabad elvégezni (11. fejezet).

13.7. mintapélda – Számrendszer-átváltás

a) 45₁₀ átváltása binárisra (ismételt osztás 2-vel):

A maradékokat alulról felfelé olvasva: 101101₂

Ellenőrzés: 32 + 0 + 8 + 4 + 0 + 1 = 45 ✔

b) 10110101₂ átváltása decimálisra (helyérték-módszer):

Összeg: 128 + 32 + 16 + 4 + 1 = 181₁₀ ✔

13.8. mintapélda – Számláló és frekvenciaosztás

Feladat. Négy T flip-flopból aszinkron bináris számlálót építünk, a bemenetére 1 kHz-es órajelet adunk. Meddig számol a számláló, és mekkora az utolsó fokozat kimeneti frekvenciája?

Megoldás.

1. n = 4 flip-flop → a modulus 2⁴ = 16, tehát a számláló 0-tól 15-ig számol.
2. Minden fokozat felezi a frekvenciát: 1000 Hz → 500 Hz → 250 Hz → 125 Hz → 62,5 Hz
3. Ellenőrzés osztással: 1000/16 = 62,5 Hz ✔

Válasz: 0…15-ig számol, az utolsó fokozat kimenete 62,5 Hz.

13.9. mintapélda – Felharmonikus áram a nullavezetőben

Feladat. Egy háromfázisú, négyvezetős világítási hálózat mindhárom fázisán azonos, LED-meghajtós terhelés van. A mért áramösszetevők fázisonként: alapharmonikus I₁ = 10 A, 3. felharmonikus I₃ = 6 A, 5. I₅ = 3 A, 7. I₇ = 1,5 A. Mekkora az áram-THD, a fázisáram effektív értéke és (közelítőleg) a nullavezető árama?

Megoldás.

1. Áram-THD: THD_I = √(6² + 3² + 1,5²)/10 = √(36 + 9 + 2,25)/10 = √47,25/10 = 6,874/10 = 68,7 %
2. A fázisvezető teljes effektív árama: I_eff = √(10² + 6² + 3² + 1,5²) = √(100 + 36 + 9 + 2,25) = √147,25 = 12,13 A
3. A nullavezető árama. Szimmetrikus terhelésnél az alapharmonikusok kioltják egymást; a triplen (3-mal osztható) összetevők viszont összeadódnak: I_N ≈ 3 · I₃ = 3 · 6 = 18 A

Válasz: áram-THD = 68,7 %; fázisáram = 12,1 A; nullavezető ≈ 18 A.

Tanulság. A nullavezetőben másfélszer akkora áram folyik, mint a fázisvezetőkben. Ezért kell nemlineáris terhelésnél a nullavezetőt a fázisvezetőkkel azonos vagy nagyobb keresztmetszetűre választani.

(A példa számértékei szemléltető célúak, saját számítással ellenőrizve; a triplen-összeadódás elvét a 11. és a 12. fejezet forrásai igazolják.)

13.10. mintapélda – Frekvenciaváltós fordulatszám

Feladat. Egy 4 pólusú aszinkron motort frekvenciaváltóról 50 Hz helyett 30 Hz-cel táplálunk, U/f = állandó szabályozással. Mekkora a szinkron fordulatszám, és mennyi teljesítményt vesz fel a hozzá kapcsolt ventilátor a névleges értékhez képest?

Megoldás.

1. Szinkron fordulatszám 50 Hz-en: n_s = 120 · 50/4 = 1500 1/min
2. Szinkron fordulatszám 30 Hz-en: n_s = 120 · 30/4 = 900 1/min
3. Fordulatszám-arány: 900/1500 = 0,6 (60 %)
4. A ventilátor teljesítménye (affinitási törvény, P ∝ n³): 0,6³ = 0,216, azaz a névleges teljesítmény 21,6 %-a
5. A motorfeszültség az U/f elv szerint: 400 · (30/50) = 240 V

Válasz: 900 1/min, a felvett teljesítmény a névleges kb. 22 %-a, a motorfeszültség 240 V.

Tanulság. A fordulatszám 40 %-os csökkentése a teljesítményt közel a negyedére viszi le – ez a frekvenciaváltós szivattyú- és ventilátorszabályozás energetikai lényege.

(A szinkron fordulatszám képletében p a pólusszám, nem a póluspárszám – lásd a 12. fejezet dokumentált forrásellentmondását és annak feloldását.)

Összefoglalás

Ellenőrző kérdések

1. Mi alapján soroljuk az anyagokat vezető, félvezető és szigetelő csoportba? Mekkora a szilícium tiltott sávja?
2. Mi a különbség az N- és a P-típusú félvezető között?
3. Hogyan viselkedik a dióda nyitó- és záróirányban? Mi történik a zárórétegben?
4. Mekkora a szilícium-, a germánium- és a Schottky-dióda nyitófeszültsége?
5. Miért nem igaz, hogy „a dióda nyitóirányban rövidzár”? Számolj példát egy 3 A-es Graetz-hídra!
6. Hasonlítsd össze az egyutas és a kétutas egyenirányítót az U_dc, a hatásfok és a brumm frekvenciája szempontjából!
7. Hány dióda vezet sorosan a Graetz-hídban, és mekkora ezért a feszültségesés?
8. Írd fel a brummfeszültség képletét! Mitől függ az f_br?
9. Miért lesz egy 12 V-os transzformátorból kb. 14,5 V egyenfeszültség a töltőkondenzátor után?
10. Sorold fel a stabilizált tápegység négy fokozatát és mindegyik feladatát!
11. Írd fel a lineáris stabilizátor veszteségének és hatásfokának képletét!
12. Mi az SMPS működési elve? Mit jelent a kitöltési tényező?
13. Miért 20 kHz fölött kapcsol egy SMPS?
14. Sorold fel az SMPS előnyeit és hátrányait!
15. Hogyan üzemeltetjük a Zener-diódát? Mi a méretezés két legrosszabb esete?
16. Miért éppen az 5,6 V-os Zener a leghőstabilabb?
17. Miért kell a LED-hez előtétellenállás? Írd fel a képletét!
18. Miért nem ad meg ez a jegyzet egyetlen nyitófeszültséget a zöld LED-re?
19. Miért nem előtétellenállással táplálunk teljesítmény-LED-et? Mi az a hőmegfutás?
20. Írd fel a tranzisztor áramainak összefüggését! Mi a β?
21. Mi a különbség az erősítő és a kapcsolóüzem között?
22. Mi a bázisáram alsó korlátja telítéshez? Miért választunk ennél nagyobbat?
23. Miért kötelező a szabadonfutó dióda induktív terhelésnél? Melyik fejezetben tanult jelenség áll mögötte?
24. Mondd el a tirisztor három működési szabályát! Mi a természetes kikapcsolás?
25. Miben különbözik a triak a tirisztortól? Miért tud egész periódust szabályozni?
26. Mi a fázishasítás elve? Mit jelent a gyújtásszög?
27. Mekkora az effektív feszültség és a teljesítmény 90°-os gyújtásszögnél? Vezesd le!
28. Mi a különbség az elülső és a hátulsó élet vágó dimmer között?
29. Sorolj fel három gyakorlati problémát a fázishasításos fényerőszabályozóknál!
30. Mi az optocsatoló, és mire való? Mekkora a tipikus szigetelési feszültsége?
31. Hol találkozol optocsatolóval az épületvillamosságban?
32. Írd fel az ÉS, a VAGY és a NEM-ÉS igazságtáblázatát!
33. Mi a kapcsolós analógiája az ÉS, a VAGY és a NEM műveletnek?
34. Mondd ki a De Morgan-azonosságokat!
35. Mi a TTL tiltott tartománya? Mit jelez, ha egy logikai bemeneten ilyen feszültséget mérsz?
36. Váltsd át binárisra a 45-öt, és decimálisra a 10110101₂-t!
37. Mi a flip-flop? Mi a különbség az SR, a JK, a D és a T flip-flop között?
38. Miért mondhatjuk, hogy a lépcsőházi impulzusrelé egy T flip-flop?
39. Mennyi egy n flip-flopból álló bináris számláló modulusa? Mekkora az utolsó fokozat frekvenciája 1 kHz-es órajelnél, 4 fokozatnál?
40. Sorold fel a frekvenciaváltó három fokozatát! Mi az U/f elv?
41. Miért éri meg a frekvenciaváltó ventilátornál és szivattyúnál? Mennyi a teljesítmény 63 %-os fordulatszámon?
42. Sorold fel a frekvenciaváltó három tipikus hátrányát és az ellenszerüket!
43. Miért kell előtét a gázkisülő lámpának? Mi a negatív differenciális ellenállás?
44. Hasonlítsd össze a mágneses és az elektronikus előtétet!
45. Írd fel a THD képletét! Hány Hz a 3., az 5. és a 7. felharmonikus 50 Hz-es alapharmonikusnál?
46. Miért terhelődhet a nullavezető jobban a fázisvezetőknél? Melyik fejezetekben találkoztál már ezzel?

Tudáspróba

[JAVÍTVA 2026-09-13, lektor KRITIKUS (visszapótolt javítás): a korábbi javítás után az 5 fejezet (11-15.) mindegyike ugyanazt a válasz-sorrendet kapta, kiszámítható mintát adva; a kérdések és válaszok tartalma változatlan, csak az a/b/c/d sorrend cserélődött kérdésenként, a 3/3/3/3 eloszlás megtartva.]

1. Mekkora egy szilícium PN-dióda nyitófeszültsége? a) Kb. 0,3 V b) Kb. 0,7 V c) Kb. 1,4 V d) Nulla, mert nyitóirányban rövidzár.

2. Hány dióda vezet sorosan egy Graetz-hídban egy adott pillanatban? a) Kettő, ezért 1,4 V a feszültségesés. b) Egy dióda vezet. c) Három, ezért 2,1 V a feszültségesés. d) Négy, mert mind a négy dióda vezet.

3. Mekkora a brumm frekvenciája kétutas egyenirányításnál, 50 Hz-es hálózaton? a) 50 Hz b) 25 Hz c) 150 Hz d) 100 Hz

4. Mi az előtétellenállás szerepe egy jelző-LED körében? a) Növeli a LED fényerejét a nagyobb feszültség miatt. b) Megakadályozza a LED fordított polaritású bekötését. c) Korlátozza az áramot, amelyet a LED önmagában nem korlátoz. d) Egyenirányítja a LED-re jutó váltakozó feszültséget.

5. Milyen irányban üzemeltetjük a Zener-diódát stabilizátorként? a) Záróirányban, a letörési tartományban. b) Nyitóirányban, de árammal korlátozva. c) Nyitóirányban, a küszöbfeszültség fölött. d) Váltakozó feszültségen, mindkét irányban.

6. Mekkora bázisáram kell a tranzisztor biztos telítéséhez? a) Pontosan akkora, mint a kollektoráram. b) A kollektoráram és a béta szorzata. c) A bázisáram nagysága közömbös, csak a feszültség számít. d) Legalább a kollektoráram és a béta hányadosa, biztonsági szorzóval.

7. Miért kell szabadonfutó dióda a relétekercs mellé? a) Mert a relétekercs egyenirányítást igényel a működéshez. b) Mert kikapcsoláskor az önindukciós feszültséglökés tönkretenné a tranzisztort. c) Mert csökkenti a relétekercs áramfelvételét üzem közben. d) Mert megakadályozza a relé érintkezőinek beragadását.

8. Hogyan kapcsol ki egy tirisztor váltakozó áramú körben? a) A gate-áram megszüntetésével bármikor kikapcsolható. b) A gate-re adott fordított polaritású impulzussal kapcsol ki. c) Magától, amikor az anódáram a tartóáram alá csökken. d) Egyáltalán nem kapcsol ki, amíg van tápfeszültség.

9. Mi az optocsatoló legfontosabb funkciója? a) A hálózati felharmonikusok kiszűrése. b) A jel feszültségszintjének felerősítése. c) A váltakozó feszültség egyenirányítása. d) A be- és a kimenet galvanikus leválasztása.

10. Mikor ad 1-et a kimenetén egy NEM-ÉS (NAND) kapu? a) Csak akkor, ha mindkét bemenete 0. b) Akkor, ha a két bemenete különböző. c) Mindig, kivéve ha mindkét bemenete 1. d) Csak akkor, ha mindkét bemenete 1.

11. Mennyi a 45 decimális szám bináris alakja? a) 110101 b) 101101 c) 101011 d) 100101

12. Miért terhelődhet a nullavezető jobban a fázisvezetőknél nemlineáris terhelésnél? a) Mert a 3-mal osztható felharmonikusok a nullavezetőben összeadódnak. b) Mert a nullavezetőn a védőföldelési áram is végigfolyik. c) Mert a nullavezető keresztmetszete a szabvány szerint mindig kisebb. d) Mert a nullavezetőben az alapharmonikusok is összeadódnak.

Források

Ez a fejezet a kutatas/12-ipari-elektronika.md kutatási jegyzetre épül. A kutatási jegyzet forrásbázisa túlnyomórészt angol nyelvű nemzetközi szakirodalom és enciklopédiák ([F5]–[F64]); a fejezet magyar terminológiája ezért a jegyzet szerzői döntése.

Amit a jegyzet szándékosan nem állít tényként vagy nem közöl: a fázishasításos szabályozás általános, gyújtásszög-függő effektívfeszültség-képletét (egyetlen forrás sem igazolta – csak a kvalitatív leírás és a levezethető α = 90° → 50 % eset szerepel); a tranzisztoros kapcsoló 3–5-ös túlvezérlési szorzóját mint szabályt (semmilyen forrásból nem igazolt; gyakorlati biztonsági tényezőként közölve); a zöld LED egyetlen nyitófeszültség-értékét (dokumentált forrásellentmondás); az optocsatoló CTR-értékét, LED-áramát és kapcsolási sebességét (egyforrású, és a CTR-adat a gyakorlatban használt típusokra félrevezető lenne); a tirisztor tartó-, gyújtóáramának és gyújtófeszültségének számértékeit (egyforrású); a bipoláris tranzisztor három alapkapcsolásának részletes összehasonlító táblázatát (egyforrású, és a kapcsolóüzemhez nem szükséges); a TTL/CMOS kimeneti szinteket és a zajtartalékot (egyforrású); a logikai kapucsaládok késleltetési és fogyasztási adatait (egyforrású); a mágneses és az elektronikus előtét hatásfok-számait (forrásonként eltérnek); az SMPS boost-, flyback- és forward-topológiájának képleteit (egyforrású, és ezen a szinten nem szükséges); a logikai rajzjel-szabványok magyar MSZ-azonosítóit (nem megerősítve – a fejezet az IEC/EN azonosítókat használja, a magyar kötelezettséget viszont az MSZ HD 60364-5-51 514.5.2. pontjából vezeti le). Egyforrású, ekként jelölve: a PIV-értékek; a LED-driver 85–95 %-os hatásfoka; az aktív PFC 0,99 fölötti teljesítménytényezője és a 400 V-os köztes egyenfeszültség; a frekvenciaváltó 50 %-os áram-THD-je és az 50 m-es kábelhossz-korlát. Terminológiai fenntartás: a témakörhöz a kutatás nem talált magyar nyelvű szakmai forrást, ezért a magyar szakkifejezések (például „töltőkondenzátor”, „fázishasítás”, „szabadonfutó dióda”) a jegyzet szerzői választásai a bevett magyar villamosipari szóhasználat alapján – a lektorálási fázisban ezeket külön érdemes átnézni.