L01. COMPONENTE PASIVE Componentele pasive sunt acele elemente de circuit electronic care nu pot executa funcii de amplificare asupra semnalelor aplicate. Ele se mpart n urmtoarele grupe.

- rezistoare; - condensatoare; - inductoare; - cablaje imprimate; - elemente de conectic i legtur.

1. REZISTOARE

Rezistorul elementul fizic concret ce materializeaz unitatea de rezisten electric ohm [] multiplii i submultipli ei.

Rezistoarele sunt componente pasive de baz n aparatura electronic de dimensiuni i forme variate fiind de tipuri diferite: rezistoare, poteniometre, termistoare, varistoare. Clasificarea general a rezistoarelor este prezentat mai jos.

Figura 1.1. Clasificarea rezistoarelor

Tip constructiv

REZISTOARE

Mrimea curenilor

Destinaie Element conductor

- tari - slabi

- fixe - variabile: a)semireglabile b)potentiometre

- profesionale - uz general

Cureni slabi Cureni tari

rezistoare rezistoare neliniare

- peliculare - bobinate - de volum

- termistoare - varistoare - fotorezistene

- turnate din font - tanate din tabl - spiralizate din

benzi metalice

Rezistoarele fixe au o rezisten stabilit n procesul de fabricaie i care rmne constant pe ntreaga durat de via a rezistorului. Rezistoarele variabile au rezisten care poate fi modificat n anumite limite, n timpul funcionrii, n vederea efecturii unor operaii de reglaj sau pentru diferite reglaje i acorduri. Rezistoarele neliniare folosesc proprietile semiconductoare n realizarea unor anumite caracteristici tehnice i au rezistena dependent de anumite mrimi. Rezistoarele destinate regimului de cureni tari sunt rezistoare folosite n industria energetic i electrotehnic.

1.1. Parametrii rezistoarelor Rezistoarele fixe sunt caracterizate printr-o serie de parametri electrici i neelectrici (mecanici, climatici).

Principalii parametri electrici sunt: Rezistena nominal, Rn valoarea rezistenei care trebuie realizat prin procesul tehnologic i care se nscrie pe corpul rezistorului n clar sau n codul culorilor. Unitatea de msur este [R] = 1 (ohm), cu multiplii si: 103 =1 k, 106 =1 M, 109 =1 G. Tolerana, t exprimat n procente, reprezint abaterea maxim admisibil a valorii reale R a rezistenei, fa de valoarea nominal Rn Puterea de disipaie nominal, Pn, (exprimat n W - Watt) i tensiunea nominal, Un, reprezint puterea electric maxim i respectiv tensiunea electric maxim ce se pot aplica rezistorului n regim de funcionare ndelungat fr a-i modifica caracteristicile.

Parametrii neelectrici sunt: Intervalul temperaturilor de lucru reprezint intervalul de temperatur n limitele cruia se asigur funcionarea de lung durat a rezistorului. Influena temperaturii asupra rezistenei rezistorului este pus n eviden de coeficientul termic al rezistenei, definit astfel:

]/1[1 KTR

RR = sau ]/1[1 K

dTdR

RR=

Coeficientul de variaie a rezistenei, KR, la aciunea unor factori externi cum ar fi depozitare, umiditate, mbtrnire etc. Tensiunea electromotoare de zgomot reprezint valoarea eficace a tensiunii electromotoare care apare la bornele rezistorului n mod aleatoriu i care se datorete micrii haotice i micrii termice a electronilor precum i trecerii curentului prin rezistor; este exprimat n V. Precizia rezistoarelor este indicat de toleran, dat n procente din valoarea nominal. n funcie toleran, tensiune de zgomot i valori maxime admisibile ale coeficienilor de variaie, rezistoarele se mpart n trei categorii prezentate n tabelul 1.1.Tabel 1.1.

Categoria de rezistoare

Tolerana [%]

Tensiune de zgomot

Valori ale coeficienilor de

variaie rezistoare etalon 1/2,5

Rezistoare fixe:

SMT (Surface Mount Technology) Carbon Film Resitors Carbon Composition Resistor

1Watt resistor Wire-wound resistors

Metal film resistors.

5 Watt Wirewound Resistor PCB Mounting Wirewound Resistor High Power Metal Film Fig. 1.3.Rezistoare fixe

Fusible Wirewound Resistor 1.4. Poteniometre i rezistene semireglabile

Aceste elemente de circuit apar att pe exteriorul ct i n interiorul aparaturii, ca elemente de control. n practic, trebuie evitat folosirea abuziv a rezistenelor reglabile datorit faptului c nu au stabilitatea n timp ca a rezistenelor fixe de precizie i nici rezoluie. Acolo unde este necesar o rezisten stabil i ajustabil se poate folosi un rezistor de precizie (0,5% sau 1%) n serie cu un semireglabil n aa fel nct rezistena fix s formeze procentual cea mai mare parte din valoarea total necesar. 1.5. Termistoarele

Sunt fabricate din material semiconductor i prezint o rezisten puternic dependent de temperatur. Cele mai utilizate sunt termistoarele CTN (cu Coeficient de Temperatur Negativ), avnd un coeficient de temperatur tipic de 4%/C.

Termistoarele au, la temperatura camerei, o rezisten de civa k sau zeci de k (tipic). Termistoarele sunt folosite pentru msurarea i reglarea temperaturii n intervalul -50C la +300C i pentru compensarea cu temperatura a componentelor electronice.

1.6. Aplicaii ale rezistoarelor

Fig. 1.4 Rezistoare variabile

n circuite apar rezistoare conectate n serie, respectiv n paralel (fig.1.5, a respectiv b). Este de reinut c la conectarea n serie se obine o rezisten echivalent mai mare dect cea mai mare din rezistenele nseriate:

. n particular dac R21 RRR += 1>>R2 este justificat aproximarea RR1. dimpotriv, la conectarea n paralel a rezistoarelor se obine o rezisten echivalent mai mic dect cea mai mic dintre rezistenele individuale:

2121

21 // RRRRRRR =+= .

Evident, dac R1>>R2, poate fi fcut aproximarea RR2. Alte aplicaii ale conectrii rezistoarelor n serie i paralel o reprezint divizoarele de tensiune i de curent (fig.1.6 a, b respectiv c). n mod obinuit, unul dintre rezistoare din divizorul de tensiune are un terminal legat la mas (fig.1.6, a).

Fig. 1.5. Conectarea in serie (a) i paralel (b) a rezistoarelor

R1

R2

R1 R2 R1 R2

R1 R2

R1

R2

E

V

E2 E1

I I1

I2

Fig. 1.6. Divizoarele de tensiune (a,b) i de curent (c)

(c)

(b)

(a) (a)

(b)

Relaia corespunztoare dintre tensiuni este: ( )212 RRREV += .

Cnd nici unul dintre rezistoarele divizorului nu este legat la mas (fig.1.6, b), tensiunea U poate fi scris pe principiul suprapunerii efectelor. Considerm, pe rnd, cte un terminal legat la mas i scriem n sensul relaiei divizorului cu terminal la mas, efectul celeilalte cauze. n final adugm efectele. Vom obine:

21

12

21

21 RR

RE

RRR

EV +++= .

Pentru divizorul de curent din fig.1.6.c se obin relaiile: 21

12

21

21 ; RR

RIIRR

RII +=+= . De reinut c, tensiunea divizat V este proporional cu rezistena de pe care aceasta se culege; dimpotriv,

curentul divizat este proporional cu cealalt rezisten a divizorului.

2. CONDENSATOARE Condensatorul este corpul fizic care materializeaz submultipli de capacitate electric. Condensatorul are

proprietatea de a putea acumula sarcin electric, conform relaiei: UCQ =

n care: Q este sarcina exprimat n coulombi (C), V este tensiunea la borne exprimat n volt (V), iar C reprezint capacitatea i se msoar n farad (F).

V

I C

Figura 2.1. Condensatorul

Pentru practic, coulombul i faradul sunt uniti prea mari. Capacitatea nominal este principalul parametru al condensatoarelor i se exprim n F, nF sau pF. Din (1-4) se obine, prin derivare, relaia dintre tensiune i curent pentru un condensator.

tUCI sau dt

duCi = =

Curentul prin condensator este proporional cu viteza de variaie a tensiunii la borne. Conform relaiei (1.5), dac un condensator de capacitate C=1F este ncrcat cu un curent constant I=10mA tensiunea la borne crete ntr-un interval t=1ms, cu V=10V.

Constructiv, condensatorul este alctuit din dou suprafee metalice numite armturi ntre care se afl un mediu dielectric de permitivitate (constanta dielectric de material). Pentru un condensator plan, capacitatea C este dat de relaia:

dS

dSC r 0==

unde: 0 = permitivitatea dielectric absolut a vidului; = permitivitatea absolut a dielectricului condensatorului; S = suprafaa armturilor plane; d = distana ntre armturi. 2.1. Clasificare

Condensatoarele se pot clasifica dup mai multe criterii: dup natura dielectricului, din punct de vedere constructiv, al domeniului de frecven i dup domeniul de utilizare (fig.2.2) OBSERVAII

1. Condensatoarele fixe i menin constant valoarea capacitii nominale n tot timpul funcionrii; 2. Condensatoarele reglabile (denumite i semivariabile, ajustabile sau trimere) se caracterizeaz prin

faptul c valoarea capacitii lor poate fi reglat ( de regul ocazional, la punerea n funcie sau la verificri periodice), n limite reduse;

3. Condensatoarele variabile sunt condensatoare a cror capacitate poate i trebuie s fie modificat frecvent ntre anumite limite relativ largi impuse de funcionarea circuitelor electronice ( de exemplu condensatoarele de acord pentru radioreceptoare).

Cu dielectric gazos

(vid, aer, gaze)

CONDENSATOARE

Cu dielectric lichid (ulei)

Anorganic (sticl, ceramic, mic)

Cu oxid metalic-electrolitic

Cu dielectric solid

Organic (hrtie, lacuri, pelicul)

Figura 2.2 Clasificarea condensatoarelor: a) n funcie de natura dielectricului; b)tipul constructiv; c)domeniul de utilizare

CONDENSATOARE

FIXE AJUSTABILE VARIABILE

(b)

(a)

CONDENSATOARE

De current continuu FIXE De curent alternativ

(c)

2.2. Parametrii condensatoarelor Capacitatea nominal, Cn [F]: reprezint valoarea capacitii condensatorului care trebuie realizat prin

procesul tehnologic i care este nscris pe corpul acestuia. Condiiile de temperatur i frecven la care se msoar capacitile nominale sunt precizate de obicei n catalogul firmei productoare.

Tolerana, t, [%] reprezint abaterea maxim a valorii reale a capacitii fa de valoarea ei nominal. Pentru condensatoarele electrolitice se dau de obicei tolerane nesimetrice: (0%,+50%), (0%,+80%), (-10%,+30%), (-10%,+50%), (-10%,+100%), (-20%,+80%).

Tensiunea nominal, Un [V], este tensiunea continu maxim sau tensiunea alternativ, eficace maxim care poate fi aplicat continuu la terminalele condensatorului, n gama temperaturilor de lucru. Valorile tensiunilor nominale nu sunt nominalizate; uzuale sunt urmtoarele valori: 6, 12, 16, 25, 63, 70, 100, 125, 250, 350, 450, 500, 650, 1000V.

Rezistena de izolaie, Riz [], este definit ca raportul dintre tensiunea continu aplicat unui condensator i curentul care-l strbate, la 1 minut dup aplicarea tensiunii. Pentru condensatoarele electrolitice parametrul care intereseaz este curentul de fug, If, care reprezint curentul ce trece prin condensator cnd acestuia i se aplic o tensiune continu la terminale, curent msurat dup un timp t cu durata de 1..5 minute de la aplicarea tensiunii continue.

Tangenta unghiului de pierderi, tg reprezint raportul dintre puterea activ, Pa, care se disip pe un condensator i puterea reactiv, Pr, a acestuia (msurate la frecvena la care se msoar i capacitatea nominal).

Rigiditatea dielectric reprezint tensiunea maxim continu pe care trebuie s o suporte condensatorul un timp minim ( de obicei 1 minut) fr s apar strpungeri sau conturnri.

Intervalul temperaturilor de lucru (Tmin Tmax) reprezint limitele de temperatur ntre care condensatorul funcioneaz timp ndelungat.

2.3. Marcarea condensatoarelor Condensatoarele sunt marcate prin simboluri alfanumerice sau codificat - prin inele, benzi sau puncte colorate,

normalizate internaional sau, uneori , specifice unui anumit productor. Marcarea condensatoarelor n codul culorilor este prezentat n figura de mai jos.

Indiferent de sistemul de marcare se nscriu pe corpul condensatorului a) n mod obligatoriu, pe orice tip de condensator i capacitatea nominal Cn cu unitatea de msur ; tolerana valorii nominale: n clar (n % sau n pF dac Cn10pF), n cod de culori sau literal. b) n mod obligatoriu pe unele tipuri de condensatoare: polaritatea bornelor (numai la condensatoarele electrolitice), n clar; terminalul conectat la armtura exterioar (numai la condensatoarele electrolitice sau cu hrtie), n clar; coeficientul de temperatur al capacitii (la condensatoarele ceramice) n cod de culori sau alfanumeric; n mod facultativ, n funcie de productor, se poate marca: firma, data fabricaiei (an, lun), codul

condensatorului (specific firmei), frecvena de lucru, etc. Astfel pentru condensatoarele ceramice, benzile b i c reprezint prima respectiv a doua cifr semnificativ, iar

banda d factorul de multiplicare (numrul de zerouri).

Fig. 2.3. Marcarea condensatoarelor cu codul culorilor

Fig. 2.4. Marcarea condensatorilor alfa-numeric

2.4. Tipuri constructive de condensatoare

Condensatoare ceramice tubulare au valori nominale cuprinse ntre 0.5pF 100pF, la tensiuni maxime de (100600)V. Au cureni de fug redui i coeficieni de temperatur selectabili (inclusiv nuli). Aceste tipuri de condensatoare folosesc ca dielectric o ceramic format dintr-un amestec de oxizi, silicai, titanai i zirconai ai diferitelor matale, caolin, talc etc.

Sunt folosite pe scar larg n industria echipamentelor electronice profesionale i industriale de nalt frecven, n special n circuitele de rezonan precum i n circuitele de cuplare i decuplare, etc.

Condensatoare ceramice de tip disc i plachet (1) au valori nominale cuprinse uzual ntre 10pF i 1F la tensiuni maxime de (50 1000)V. Sunt puin stabile fa de variaiile temperaturii, dar dimensiunile mici i preul de cost redus le asigur o larg utilizare n echipamentele de telecomunicaii (filtre) i industriale, circuite de nalt tensiune.

Condensatoare cu polistiren (2) prezint o toleran redus i mai ales o rezisten de izolaie de valoare mare, puin dependent de temperatur. Au valori cuprinse uzual ntre 10pF i 100pF la tensiuni maxime de (100 600)V. Sunt recomandate pentru circuitele de calcul analogic, pentru filtrele de semnal i pentru realizarea unor constante de timp ntr-o gam larg de valori.

Condensatoare cu policarbonat (3) au valori nominale situate uzual ntre 100pF i 10F, la tensiuni maxime de (50 400)V. Tolerana, coeficientul de temperatur i curentul de fug au valori reduse i asigur utilizarea condensatoarelor cu policarbonat n circuite profesionale (integratoare, etc.)

Condensatoare electrolitice (5) cu terminale dde implantare, (6) cu terminale axiale: se caracterizeaz printr-un raport capacitate nominal/volum mai mare dect pentru orice alt tip de condensator. Au valori nominale cuprinse ntre 0.1F i 20.000F la tensiuni maxime de (3 600)V. Este esenial s se respecte polaritatea condensatorului la introducerea acestuia n circuit.

Durata de funcionare, n general redus pentru condensatoarele electrolitice, este afectat de temperatura ridicat a mediului ambiant i variaiile mari ale tensiunii de polarizare. De reinut i tolerana mare, n general asimetric, pentru aceast categorie de condensatoare: - 20%pn la +100% (tipic). Condensatoarele electrolitice sunt recomandate doar pentru filtrarea tensiunilor de alimentare.

Condensatoare cu tantal (4) prezint capacitate mare (0.1F 500F) la tensiuni de (6 100)V i cureni de fug acceptabili. Sunt polarizate, au inductivitate redus, raport capacitate/volum extrem de mare i pot lucra la temperaturi mai mari dect condensatoarele electrolitice uzuale. Sunt recomandate pentru circuitele profesionale de frecvene i tensiuni joase.

Fig. 2.2. Tipuri de condensatoare

2.5. Conectarea condensatoarelor

La conectarea n paralel a condensatoarelor, capacitatea echivalent este suma capacitilor individuale: . Capacitatea echivalent obinut la conectarea n serie a condensatoarelor se exprim printr-o formul

similar cu cea pentru legarea n paralel a rezistenelor: 21 CCC += ( )2121 CCCCC += .

Rezult c, la punerea n paralel, capacitatea echivalent este mai mare dect cea mai mare dintre capacitile individuale; dimpotriv, la conectarea n serie, capacitatea echivalent este mai mic dect cea mai mic dintre capacitile nseriate.

3. INDUCTOARE Inductorul (bobina) reprezentat n fig.3.1 realizeaz funcia opus celei ndeplinit de

condensator. Tensiunea la borne este proporional cu viteza de variaie a curentului prin element:

Figura 3.1 Bobina V

I

tILV

= sau tiLv

=

Aplicnd o tensiune V constant la bornele inductorului, se constat o cretere liniar a curentului. Cel mai important parametru al inductorului este inductana L, care se msoar n Henry (H), respectiv n mH sau H. Linia continu din simbolul de circuit al bobinei denot prezena unui miez magnetic (opional) care datorit permeabilitii ridicate permite creterea substanial a inductanei inductorului.

n practic, inductoarele sunt evitate, pe ct posibil, datorit preului de cost ridicat (n special dac sunt necesare valori precise ale inductanei), datorit faptului c ele capteaz semnalele perturbatoare de la transformatoarele de reea din vecintate i datorit dimensiunilor mari pentru valori mari ale inductanei.

. Ecranarea inductorului permite eliminarea emisiei de perturbaii dar determin o cretere suplimentar a preului i a volumului. Inductoarele sunt foarte utilizate n aplicaiile de radiofrecven (circuite acordate, bobine de oc, circuite oscilante LC n generatoare de nalt frecven etc.). 3.1. Parametrii bobinelor

Cei mai importani parametri caracteristici ai unei bobine reale, cu pierderi, sunt. - Inductivitatea (inductana) L [H] definit ca un raport ntre fluxul magnetic propriu i curentul I care

parcurge bobina (L=/I). Acest parametru depinde de: forma, dimensiunile, numrul de spire al bobinei precum i de permeabilitatea relativ a mediului (miezului) i de temperatura de lucru. El caracterizeaz o bobin ideal i are valori uzuale (n radioelectronic) de ordinul 10-9H (nH) 10-6H (H).

- Rezistena total de pierderi R [] (sau r []) determinat att de pierderile n conductor ct i de pierderile n materialul magnetic i de rezistena de izolaie. Acest parametru depinde n mod esenial de frecvena de lucru;

- Factorul de calitate Q adimensional definit la o anumit frecven de lucru ca raportul dintre energia maxim existent n cmpul magnetic al bobinei i energia disipat de aceasta sub form de cldur ntr-o perioad. Bobinele au n general valori ale Q ntre 0 i 300.

- Capacitatea parazit proprie Cp [pF] determinat de suma capacitilor distribuite ntre spirele bobinei precum i dintre acestea i mas. Acest parametru depinde n mod esenial de dimensiunile i numrul de spire al bobinei, avnd valori de ordinul pf sute pF.

- Stabilitatea (parametrilor bobinei) definit prin variaia parametrilor de mai sus n funcie de timp (mbtrnirea) sau sub influena temperaturii, umiditii, vibraiilor etc.;

- Puterea, tensiunea i curentul maxim admise pentru a nu produce transformri ireversibile n bobin. 4. ALTE ELEMENTE PASIVE DE CIRCUIT

n realizarea practic a circuitelor intervin i alte elemente pasive: comutatoare, relee, conectoare, fire de legtur, etc.

Comutatoarele se realizeaz n mai multe variante, des ntlnite fiind comutatoarele (ntreruptoarele) basculante bipolare . Funcionarea acestora este caracterizat prin aceea c nchiderea unui contact este precedat de deschiderea celuilalt: terminalul A nu poate fi conectat simultan la ambii poli B i C. Se pot meniona i comutatoarele fr reinere de tipurile normal nchis , respectiv normal deschis .

Releele electromagnetice sunt ntreruptoare comandate electric. n esen releul se compune dintr-o bobin cu miez de fier i o armtur mobil care, fiind atras sau eliberat de un electromagnet, nchide sau deschide o serie de contacte. Ca aplicaie principal n electrotehnic, releele permit cuplarea sau decuplarea tensiunii reelei n condiiile n care semnalele de comand rmn izolate galvanic fa de reea.

Conectoarele reprezint o mare varietate de tipuri constructive. Foarte utilizate sunt conectoarele BNC (bayonnet nut connector), care permit cuplarea cablurilor coaxiale ecranate. Rotirea cu un sfert de tur a conectoarelor BNC realizeaz cuplarea simultan a ecranului (masa) i a conductorului central (semnalul).

Indicatoarele au rolul de a semnaliza un anumit regim de funcionare, respectiv de a permite afiarea valorii unor mrimi. Pentru semnalizare se folosesc larg diodele electroluminescente (LED Light Emitting Diodes). Polarizate direct, acestea prezint o cdere de tensiune de (1,5 ... 2,5)V i emit lumin de o intensitate proporional cu curentul direct prin dispozitiv, valori tipice 5mA ... 20mA. n funcie de tipul diodei, lumina emis este roie, galben sau verde. 5. Partea practic: msurarea componentelor pasive

1. se msoar cu multimetrul digital cele 5 rezistoare si cele 5 condensatoare apoi se trec in tabel; 2. se citete cu ajutorul codului numerico-literar sau codul culorilor valoarea componentei i se trece n tabel; 3. Se compar cele dou mrimi !!

R1 R2 R3 R4 R5 C1 C2 C3 C4 C5Valoare

Msurat

Valoare Citit

Observaii

L02. Ridicarea caracteristicii volt-amperice la diode 2.1. Diode rederesoare

Scopul experimentului: ridicarea experimental a caracteristicii diodelor redresoare. Pentru msurarea diodelor redresoare obinuite vom folosi urmtorul circuit de test: circuit de test:

R

Surs de alimentare

+ -

A

D V VAC

IA

Fig. 1. Schema circuitului de testpentru dioda redresoare Regimul stationar al diodei redresoare

Se crete tensiunea de la sursa de alimentare progresiv, astfel ca multimetrul digital pus pe domeniul curent

continuu corespunztor i nseriat cu dioda D, s indice pe rnd valorile IA din Tabelul 1. Se va completa tabelul de mai jos cu tensiunea VAC care se citete cu un alt multimetru digital pus n paralel cu

dioda, setat pe domeniul tensiune continu corespunztor.

Tabelul 1

Se va trasa pe hrtie milimetric caracteristica volt-amperic a diodei redresoare utilizate. 2.2. Diode stabilizatoare

Scopul experimentului: ridicarea caracteristicii diodelor stabilizatoare. Pentru msurarea caracteristicii volt-amperice a diodelor stabilizatoare (Zenner) se va folosi schema unui

stabilizator parametric simplu:

Fig. 2 Schema stabilizatorului parametric simplu

R

Surs de alimentare

+ -

Dz V Vi V VZ

Caracteristica diodei Zenner

nainte de a conecta sursa de alimentare, se msoar cu ohmmetrul valoarea rezistenei R i se trece n Tab. 2. Se regleaz tensiunea de intrare Vi de la sursa de alimentare cu ajutorul voltmetrului (se poate folosi un

multimetrul digital setat pe un domeniu de tensiune continu), pe rnd la valorile indicate n tabel. Tensiunea de pe dioda Zenner se msoar, n fiecare caz, cu cel de-al doilea voltmetru i se nscrie n tabel. Curentul prin diod se calculeaz cu relaia:

Iz = (Vi Vz)/R

Tabelul 2 Vi [V] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Vz [V] R []

Iz [mA] Se va trasa pe hrtie milimetric caracteristica volt-amperic a diodei stabilizatoare utilizate.