Curs_EE.ppt

7/21/2019 Curs_EE.ppt

1/136

ELECTROTEHNIC IELECTRONIC

Conf.dr.ing. Mihai BOGDAN

2012


2/136

Cuprins1. Introducere

- Clasificarea mrimilor electrice- Mrimea periodic- Mrimea alternativ- Mrimea sinsoidal- !isteme de nit"i de msr

2. Principii de baz ae in!ineriei eectrice# $egea li Ohm# $egile %teoremele& li 'irchhoff# (eorema sperpo)i"iei %sprapnerii efectelor Mrimi magnetice# *ndc"ia electromagnetic# (ransformatorl electric

". Co#ponente pasi$e de circuit eectric# +e)istorl# Bo,ina# Condensatorl# Circite compse -n crent alternativ %iltre&

%. Co#ponente acti$e de circuit eectronic# No"inea de semicondctor. /onc"inea p#n# Diode semicondctoare# Circite de redresare# Diode sta,ili)atoare %ener (ran)istoare ,ipolare# Dispo)itive optoelectronice


3/136

Introducere

entr a s,linia importanta ins3iriicnostin"elor din domenil inginerieielectrice4 este necesar s se arate c

forma de energie cea mai tili)at -ndiferite domenii4 este ener!ia eectric.

5n pre)ent4 -n toate sectoarele de activitate

se folose3te4 -n cele mai diverse modri4energia electric.


4/136

Motoarele electrice de ac"ionare a diferitelortila6e4 ma3ini 3i mi6loace de transport

transform energia electric -n energiemecanic4 lmpile electrice o transform -nenergie lminoas4 cptoarele electrice otransform -n energie termica %caldr& pentr

topit4 -ncl)it sa scat. Dac se consider 3i tili)area energiei electrice

-n telecomnica"ii4 -n atomati)ri4 -n aparatele

electrocasnice4 re)lt domenil foarte vast -ncare aceast form de energie -3i gse3tetili)area.


5/136

Casi&icarea #ri#ior eectrice

a& Dp pre)en a sa a,sen a nei energii proprii7

Mrimi active

Mrimi pasive

,& Dp aspectl dimensional#spa"ial7

Mrimi scalareMrimi vectoriale

c& Dp modl de varia"ie -n timp

Mrimi constanteMrimi varia,ile


6/136

Mrimeaelectric

Constant 8aria,il

DeterministAleatoare

Ne eriodiceriodic

!insoidal

%Aperiodic

Alternativ

lsatorie

ig.1.1. Clasificarea mrimilor electrice dp modl de varia"ie-n timp


7/136

'ri#ea aeatoare re)int varia"ii neprevi)i,ile4 valorile pe

care le ia -n diverse momente de timpfiind -nt9mpltoare. Aceste mrimi n potfi caracteri)ate dec9t -n sens pro,a,ilisticc a6torl metodelor statistice.

8aloarea medie %componenta contin& anei mrimi aleatoare4 -ntr#n anmitinterval de timp t1#t2este dat de rela"ia%1.2&4 iar valoarea efectiv de rela"ia

%1.:&.

%1.2&

%1.:&

nde t2#t1repre)int timpl de integraresa timpl de msr.

;%t&dt&tt%

1


8/136

'ri#ea periodic

Are proprietatea c valorile pe care le ia la anmitemomente4 se repet dp intervale egale de timp.Astfel pentr o mrime periodic4 valoarea sainstantanee %momentan&4 ;%t&4 satisface rela"ia7

Mrimea periodic poate fi descris -n domenil timpca fnc"ie de amplitdine4 frecventa4 perioada si fa).

Anali)a -n domenil frecventa a acestor mrimi se facec a6torl seriei orier4 re)lt9nd n spectr defrecvente discret.

( ) ( )(t;t; =


9/136

8aloarea medie %componentacontin& a nei mrimi periodice este7

%1.>&

?n alt parametr tili)at pentrcaracteri)area mrimilor periodice estevaloarea efectiv7

%1.@&

;%t&dt(

1


10/136

! se determine valoarea medie 3i valoarea efectiv asemnalli periodic din ig.1.:.

t

A

x(t)

Tig.1.:. !emnal dreptngilar


11/136

'ri#ea aternati$

ste acea mrime periodic a crei valoare medie pe o

perioad este nl. Cele mai -nt9lnite mrimi alternative -n domenil electric snt

pre)entate -n ig.1..

b) Und dreptunghiular

a) Und sinusoidal c) Und triunghiular

d) Und n dini de ierstru

arii egale arii egale

arii egalearii egale


12/136

a" de tensinea 3i de crentl contin4 ale cror valori -n timpsnt -n general sta,ile4 tensinea alternativ alternea) -npolaritate4 iar crentl alternativ alternea) -n direc"ie %ig.1.>&.

ig.1.>. Crent contin %a& 3i crent alternativ %,&

%a& %,&


13/136

O modalitate de a e;primaintensitatea sa amplitdinea neimrimi alternative const -nmsrarea valorii de vrfsa avalorii vrf la vrf (ig.1.@.&

XmaxX!!" 2Xmax

Timp

ig.1.@. 8aloarea ma;im 3i valoarea v9rf la v9rf a neimrimi alternative

!max"10!

!max"10!

#

#

$nergie (putere)termic disipat

mare

$nergie (putere)termic disipat

mai mic

ig.1.. fectl alimentriiaceleia3i sarcini c dotensini diferite4 dar av9nd

aceia3i valoare ma;im


14/136

(aoarea e&ecti$ sau $aoare R')*Root 'ean )+uare,

8aloarea efectiv a nei tensini electrice alternative este egal c valoareatensinii contine care determin pe o aceia3i sarcin4 aceia3i ptere electric.

%0& puteredisipat

%0& puteredisipat

ig.1.E. Analogie -ntre valorileefective 3i valorile contini aletensinii 3i crentli electric


15/136

+aportl dintre valoarea de v9rf %ma;im& 3i valoarea efectiv anei mrimi %semnal& electrice se nme3te factor de v9rf7

'v


16/136

'ri#ea sinusoida ste o mrime alternativ dat de rela"ia7

;%t&


17/136

x(t)

t

t"T"2'

a)

'

Xm

Xm

x(t)

t

t"T"2

b)

Xm

Xm

ig. 1.10. +epre)entarea -n timp %a& 3i respectiv -n fa) %,&4 a nei mrimi sinsoidale

ig.1.11. O, inerea nei sinsoide prin rotirea ni fa)or


18/136

$crrile -ncep s se complice atnci c9nd tre,ie scomparm do sa mai mlte forme de ndalternative ce snt defa)ate -ntre ele. rin aceast

Jdefa)areK se -n"elege faptl c formele de nd n sntsincroni)ate4 valorile lor de v9rf 3i pnctele deintersec"ie c a;a ori)ontal n snt identice -n timp.igra de mai 6os ilstrea) acest lcr. Cele do ndede mai 6os %A 3i B& a aceea3i amplitdine 3i frecven"4dar snt defa)ate -ntre ele.


19/136


20/136

Deci practic o mrime alternativ sinsoidal este definit prin : parametrii7 amplitdine4frecven" 3i fa).

!e o,serv c valoarea medie pe o perioad %componenta contin& a mrimii sinsoidaleeste nl4 iar valoarea efectiv este dat de rela"ia7

=ef < %1.E&

5n ta,ell 1.1 snt pre)entate principalele mrimi %semnale& de msr 3i parametrii acestora.

2

m=


21/136

'ri#i co#pee

entr a ptea anali)a c scces circitele de crentalternativ4 tre,ie s a,andonm nmerele scalare 3is lm -n considerare cele comple;e4 capa,ile srepre)inte at9t amplitdine c9t 3i fa)a nei nde -n

acela3i timp. Nmerele comple;e snt mai 3or de -n"eles dac snt

trecte pe n grafic. Dac desenm o linie c oanmit lngime %amplitdine& 3i nghi %direc"ie&4

o,"inem o repre)entare grafic a ni nmr comple;4repre)entare cnosct -n fi)ica s, nmele de vector.


22/136


23/136

recm -n ca)ldistan"elor 3i direc"iilorde pe o hart4 tre,ie

s avem n sistem dereferin" pentr catoate aceste valori sai, n sens.

C9nd este folosit pentr descrierea valorilor -n crentalternativ4 lngimea ni vector repre)int amplitdineandei iar nghil s repre)int diferen"a de fa)%defa)a6l& ndei fa" de nda de referin"


24/136


25/136

C 9t lit di f i d d t i


26/136

C c9t amplitdinea formei de nd este mai mare4 cat9t lngimea vectorli corespn)tor va fi mai mare.e de alt parte4 diferen"a de fa) nghil vectorlirepre)int %defa)a6l& dintre nda considerat 3i o altform de nd de referin".

C c9t defa)a6l dintre formele de nd considerateeste mai mare4 c at9t este mai mare nghil dintrevectorii corespn)tori.

)i d i i d


27/136

)iste#e de uniti de #surentr efectarea opera"iei de msrare este necesar o nitate de msr de

aceia3i natr c mrimea de msrat.

Mrimile pentr care nit"ile de msr a fost alese conven"ional se nmesc mrimifundamentale4 iar nit"ile de msr corespn)toare4 uniti fundamentale. (oatecelelalte mrimi pentr care nit"ile de msr se definesc -n raport c celefndamentale se nmesc mrimi derivateiar nit"ile de msr4 uniti derivate.

(otalitatea nit"ilor fndamentale 3i derivate dintr#n anmit domeni4 alctiesc nsistem de uniti de msur.

Mrimile 3i nit"ile fndamentale snt7

lngimea metrl Lm masa ilogram Lg timp secnd Ls intensitatea crentli electric amper LA temperatra termodinamic 'elvin L' cantitatea de s,stan" mol Lmol intensitatea lminoascandela Lcd $a aceste 3apte nit"i fndamentale se mai adag do nit"i complementare7 radian H pentr nghil plan steradian H pentr nghil solid

Principii de baz ae in!ineriei


28/136

Conductoaree4 snt materiale care con"in electroni4 care snt sla, lega"i de nclee

lor 3i care se pot deplasa 3or de la n atom la altl.Izoatoareesnt materiale ale caror electroni snt st9ns lega"i de ncleele lor.

Nclel ni atom este alctit dinprotoni i netroni i are sarin electric po)itiv.

E lect ron Prot on N eut ron

5ntr#n atom netr4 nmrlelectronilor este egal c nmrl

protonilor.

lectroni se deplasea) -n 6rlncleli pe or,ite i a sarcinnegativ.

Principii de baz ae in!inerieieectrice

Intensitatea curentuui eectric %curentu eectric& repre)int o deplasare


29/136

Intensitatea curentuui eectric%curentu eectric&4 repre)int o deplasarediri6at de sarcini electrice.

!e pne -ntre,area4 care este sensl crentli electric. 5n acest sens4 considermrmtoarea sita"ie7 n electron 3i n proton se afl imo,ili)a"i pe foaia de h9rtie

$lectronix

$lectron liber

*roton ix

*roton liber

?n al doilea electron care este li,er s se mi3te4 cade -ntre cele do particole.Deoarece electronl este -ncrcat negativ el se va deplasa spre dreapta %totdeanaspre sarcina c polaritate ops&. Dac -ns4 n al doilea proton4 care este li,er sse deplase)e4 este arncat -ntre cele do particole fi;e4 el se va deplasa sprest9nga %ctre electronl fi;&.

Ca rmare sensl crentli electric de electroni este invers fa" de cel alprotonilor. Conven"ional4 s#a sta,ilit ca sensl crentli electric s fie dat de sensl de

deplasare al sarcinilor po)itive %protonii&.

!ensl crentli prin re)isten"a +


30/136

!ensl crentli prin re)isten"a +alimentat c tensinea contin dela o ,aterie c polaritatea din figr4este de ss -n 6os %de la la #&.

+#

Cantitatea de sarcini electrice transferate -ntr#n anmit interval de timp este7 < *Pt LC %1.&

Astfel4 1 ampere < 1 colom, pe secnd %1A < 1CF1s&/picaia 1.2.7 C9t este intensitatea crentli4 dac 042 colom,i snt transfera"i -n1>msQ.

/picaia 1.".7 Dac n crent de 10A circl printr#n circit minte4 c9t estecantitatea de electricitate transferatQ. entr ca n crent s circle -ntre do pncte ale ni circit4 tre,ie ca -ntre celedo pncte s e;iste o diferen" de poten"ial sa o tensiune eectric. ?nitatea demsr a tensinii electrice este voltl 8. ?n volt este definit ca diferen a de poten ial %tensine electric& dintre do pncte4 c9nd n 6ole de lcr mecanic este tili)at pentr deplasarea ni colom, de sarcin

electric de la n pnct la altl.?


31/136

Puterea 0i ener!ia eectric7 Dac n crentcontin str,are n circit electric la ,ornele criase afl tensinea contin ?4 pterea electricconsmat de acel circit este 7

< ? * LR %1.11& Dac tensinea i crentl snt varia,ili -n timp4

atnci pterea instantanee este dat de rela ia7p%t&


32/136

Le!ea ui O# Ohm a descoperit c7

#aplic9nd la capetele ni re)istor o tensine electric ?4 prin re)istor iana3tere n crent electric *I#trec9nd printr#n re)istor n crent electric *4 la capetele re)istorli se vao,"ine o tensine electric ?.

$egea li Ohm spne c -ntr#n condctor intensitateacurentului electric%*& este direct propor"ional c tensiunea%?& aplicat 3i invers

propor"ional c rezistena%+& a condctorli. Dac tensinea 3i crentlsnt constante sa contini7 ? < *+. Dac tensinea 3i crentl estevaria,il -n timp7 %t&


33/136

gdetermine valoarea 3i sensl crentli prinre)isten"a +. ! se determine pterea electricdisipat pe re)isten"a +.

/picaia 1.7!e d circitl din figr. ! sedetermine valoarea 3i polaritatea tensinii la ,ornelere)isten"ei +. ! se determine pterea electricdisipat pe re)isten"a +.

/picaia 1.37 Determina"i mrimile necnoscte dinfigra de mai 6os

/picaia 1.47 igra altrat pre)int n re)istorvaria,il %poten"iometr& -n serie c n re)istor fi; de

:0T. ! se determine7a& tensinea pe re)istorl +2 dac poten"iometrl +1este setat pe 20T.

,& valoarea re)isten"ei +1 pentr ca tensinea 82 s fie1>08

#"100,

U"10!

#"%0,+"%A

C9t este re)isten a ,ecli aprins din figr Q


34/136

C9t este re)isten a ,ecli aprins din figr Q

11% !

V

1 s

1 s

R a n g e

A u t o ra n g eTo u c h / H o l d

F u s e d

O F F V

V

H z

m V

A

)urse de tensiune 0i surse de


35/136

)urse de tensiune 0i surse decurent

O srs de energie electric este n convertor %dispo)itiv& ce poate transforma oform de energie %chimic4 mecanic4 termic4 solar4 poten"ial4 cinetic& -nenergie electric.

;emple de srse de energie electric7 Pia eectric sa bateria# converte3te energia chimic -n energie electric. Panou &oto$otaic# converte3te energia solar -n energie electric. 5enerator# converte3te energia mecanic sa termic -n energie electric.

!rsele de tensine snt acele dispo)itive care prodc tensinile electrice.(ensinile prodse pot fi constante sa varia,ile -n timp %de regl sinsoidale&.Bateriile snt adesea repre)entate ca srse constante de tensine.

-

.urs /ariabil de tensiune

$(t)U$ u(t)

.urse constante de tensiune

O srs ideal de tensine este n dispo)itiv ce are

5


36/136

capacitatea de a impne o diferen" de poten"ial -ntre ,ornelesale4 constant4 indiferent de crentl ce o str,ate.

ca"ia ce caracteri)ea) o srs ideal de tensine este7

nde4 -n general4 %t& se nme3te &ora eectro#otoarea srsei. !rsele de tensine reale se comport diferit de cele ideale4astfel -nc9t tensinea la ,ornele lor are valoare ma;im -n gol%crentl de,itat este )ero& 3i scade odat c cre3tereacrentli frni)at de srs. De cele mai mlte oridependen"a tensini de crent este liniar fiind dat derela"ia7

?


37/136

sta,ile3te n circit pe care circl crentl i%t&. Crentl pe care -l frni)ea) srsa4 depinde de elementele pe care le

alimentea). # o srs de tensine poate fi lsat -n circit deschis4 respectiv fr nici o

cone;ine la ,ornele sale. 5n acest ca)4 crentl i%t& pe care -l frni)ea)este nl 3i -n consecin"4 3i pterea %t&Pi%t& pe care o frni)ea)I

# terminalele nei srse ideale de tensine n pot fi legate -ntre ele printr#ncondctor %scrtcircit&4 deoarece4 aceast sita"ie corespnde anlriitensinii generatorliI -n timp ce o srs de tensine -nseamn %t&


38/136

!oltage sources in series

!oltage sources in series add algebraicall or

example3 the total /oltage o the sources sho4nis+

+

+

5 !

5 !

5 !

26 !

5 !

&hat is the total /oltage i one batter is

re/ersed7

C9nd se conectea) o srs de crent c n alt elementpasiv se sta,ile3te n circit pe care circl crentl i%t& 5


39/136

pasiv4 se sta,ile3te n circit pe care circl crentl i%t&. Diferen"a de poten"ial %t& -ntre ,ornele sale4 depinde de

elementl pe care -l alimentea) srsa. # -n ca)l nei srse de crent4 terminalele sale pot fi legate

-ntre ele. 5n acest ca)4 tensinea -ntre terminalele sale %t&fiind nl4 re)lt c 3i pterea pe care o de,itea) %t&i%t&4

este nlI # o srs de crent n poate fi lsat niciodat -n circitdeschis4 deoarece aceasta ar corespnde anlrii crentlipe care -l frni)ea)I -ntotdeana tre,ie s e;iste n circitprin care s circle crentlI deoarece o srs de crentimpne i%t&


40/136

R.I.

R.

R8

V.

V9UT

+

%0 !

0%

:;

crent ideal -n paralel c re)isten"a sa intern. Atncic9nd re)isten a sa intern este infinit4 srsa de crentdevine ideal.

/pica ie 7 Dac re)isten a intern a nei srse detensine de >.0 8 este 0.> ,4 c9t este tensinea pere)isten a de sarcin de @E ,Q

/pica ie 7 Dac re)isten a intern a nei srse decrent de 10mA este .',4 c9t este tensinea pere)isten a de sarcin de 100 ,Q

R.I. R8

100


41/136

Le!ie *teore#ee, ui 6irco&& Aceste legi se refer la do legi importante ale fi)icii 3i anme la legea

conservrii sarcinii %$egea *& 3i respectiv la legea conservrii energiei%$egea **&.

Le!ea I a ui 6irco&&7 !ma cren"ilor care intr -ntr#n nod de re"eaeste egal c sma cren"ilor care ies din acel nod de re"ea. %!maalge,ric a cren"ilor -ntr#n nod de re"ea este )ero&.

entr cren"ii repre)enta"i -n figr4 (eorema * condce la eca"ia7

Le!ea a II-a a ui 6irco&&7 !ma alge,ric a tensinilor -ntr#n ochide re"ea4 este egal c )ero.

Conform (eoremei a **#a a li 'irchoff %$egii ochirilor&4 -n orice moment4sma alge,ric a tensinilor de#a lngl oricri ochi de circit4 estenl7

C sensrile de referin" specificate -n figra de mai ss 3i parcrg9nd

ochil -n sensl acelor de ceasornic4 (eorema a **#a a li 'irchhoffcondce la eca"ia7

De notat faptl c4 tensinile 2 3i a fost considerate c semnnegativ4 deoarece sensrile lor de referin"4 snt opse sensli deparcrgere a ochili. *ndiferent de sensl de parcrgere a ochili %-nsens orar sa trigonometric&4 se vor o,"ine eca"ii de tensini a,soltechivalente.

/picaia 1.77 ! se determine valoareai t " i + t d ,it t d


42/136

re)isten"ei +4 pterea de,itat de srs3i pterea a,sor,it de re)isten".

/picaia 1.87 ! se determine valoarea

re)isten"ei +4 pterea de,itat de celedo srse 3i pterea a,sor,it dere)isten".

/picaia 1.197 Aplic9nd (eorema * a li'irchhoff4 determina"i valoarea crentli

i. /picaia 1.117 Consider9nd sensrile dereferin" 3i valorile indicate4 verifica"idac tensinile repre)entate -n figra demai 6os4 snt -n conformitate c (eorema

a **#a a li 'irchhoff.

8oltmetr

/picaia 1 127 ?tili)9nd teoremele li 'irchhoff s se determine


43/136

/picaia 1.127 ?tili)9nd teoremele li 'irchhoff4 s se determinetensinea la ,ornele re)isten"ei +2.

U"10! +s"%

#1"10, #2"20,

+2+1

/picaia 1.1"7 ?tili)and teoremele li'irchoff sa se determine crtentii princele : re)istente.

Teore#a superpoziiei *suprapunerii


44/136

Teore#a superpoziiei *suprapuneriie&ecteor,

5ntr#n circit c mai mlte srse independente4 orice crentsa tensine asociat nei latri a circitli4 se poate calclaca fiind sma alge,ric a cren"ilor sa tensinilor prodse defiecare srs independent lat separat4 atnci c9ndcelelalte srse independente snt pasivi)ate.

Deci aceast metod const -n re)olvarea circitli4 separatpentr fiecare srs %consider9nd#le pe celelalteUdeconectateU& 3i -nsmarea sol"iilor individale astfelo,"inte4 astfel -nc9t s se o,"in sol"ia corespn)toarecircitli complet4 c toate srsele.

O srs de tensine UdeconectatU este echivalent c n

scrt#circit4 iar o srs de crent UdeconectatU corespndeni circit deschis.

/picaia 1.1%7 !e consideri it l di fi !


45/136

circitl din figr. !e cere s sedetermine crentl i14 tili)9ndmetoda sperpo)i"iei.

rin deconectarea srsei detensine4 configra"ia circitlidevine7

rin deconectarea srsei de

crent4 configra"ia circitlidevine7

/picaia 1.17! se determinetensinea la ,ornele re)isten"ei

+24 tili)-nd teorema sperpo)i"iei%sprapnerii efectelor&.

U"10! +s"%

#1"10, #2"20,

+2

+1

The total current lea/ing the source is


46/136

g

a 10 mA

b 12 mA

c :0 mA

d 62 mA

V. R1+ R2

20 =10 =12 !

The current in R1is

a :6 mA

b 1>> mA

c 20 mA

d 2:6 mA

R1 R2

200100I" 20 mA

The /oltage across R2is


47/136

a 0 !

b 0:6 !

c 1>> !

d


48/136

Tabulating current3 resistance3 /oltage and po4er is a useul 4a tosummari?e parameters .ol/e or the un=no4n @uantities in the circuitsho4n

I1" R1" 260 V1" P1"

I2" R2" >>0 V2" P2"I>" R>" " P>"

IT" RT" V." 10 ! PT"

62 m&

21: m&

R1

R>470

260

R2

330

V. +10 !


49/136

!C9mprile magnetice snt descrise de liniile de fl; care repre)int chiar c9mplmagnetic.

5n ca)l -n care liniile snt mai apropiate4densitatea de fl; este mai mare.

5n ca)l -n care liniile snt mai deprtate4densitatea de fl; este mai mic.Campl magnetic este prods de magnetii

permanenti si de condctoare parcrse decrent electric. Campl magnetic posedeaenergie si e;ercita forte aspra altor magnetisa condctoare parcrse de crentl electric.

$iniile fl;li magnetic snt invi)i,ile4 dar

forma lor poate fi vi)ali)at c pilitr defier presrate -ntr#n c9mp magnetic

:uu #a!neticse notea) c V4 iar nitateade msr a fl;li magnetic este ;eber-u 8iniile de lux


50/136

%R,&. Densitatea fl;li magnetic4 definit cafl;l magnetic pe nitatea de sprafa 4 senme te induc ie #a!netic %B& a crei nitatede msr este tesa%(&4 care este o nitate demsr foarte mare.

*ndc ia magnetic este dat de rela ia7

B< VFA

8iniile de lux

.upraa a (m)2

/pica ie 7 Care este indc ia magnetic -ntr#n

mie) de fier dreptnghilar4 care are latrile de Emm; 10mm4 -n ca)l -n care fl;l magnetic este demR,.

Condctor parcrs de crent

ilitr de fier

$iniile de fl; magnetic4-ncon6oar n condctor

parcrs de n crent electric.Aceste linii snt concentrice

Inducia eectro#a!netic


51/136

Inducia eectro#a!netic !e nmeste indctie electromagnetica fenomenl de

generare a nei tensini electromotoare -ntr#n circitstra,att de n fl; magnetic varia,il -n timp . enomenl de indctie electromagnetica a fost ps -n

evidenta e;perimental de M. aradaW %1E:1&.

Daca circitl stra,att de fl;l magnetic

varia,il este deschis4 -n el se indce otensine electromotoare nmita tensineindsa.

Daca circitl stra,att de fl;l magneticvaria,il este -nchis4 -n el se indce n crent

electric nmit crent inds. Generareacrentli inds demonstrea)a e;istenta nic-mp electric inds

Trans&or#atoru eectric


52/136

?na dintre aplica"iile de ,a) ale legii indc"iei

electromagnetice este trans&or#atoru eectric. (ransformatorl electric este o ma3in electromagneticstatic de crent alternativ4 care transform o energieelectromagnetic primar de anmi"i parametrii %14i1&

-ntr#o energie electromagnetic secndar de al"iparametrii %24i2&4 frecven"a rm9n9nd -ns constant%f1


53/136

5nf3rarea primar4 c N1spire4 prime3te energiaelectric la o tensine ?1iar -nf3rarea secndar4 cN2spire4 cedea) energia electric receptorli de

impedan" 4 la o tensine ?2

. 5nf3rarea sps la otensine mai mare se nme3te -nf3rare de -nalttensine4 iar cea sps la o tensine mai mic senme3te -nf3rare de 6oas tensine.

(ransformatorl electric permite s se transformet ii i i l t i di i %t i


54/136

parametrii energiei electrice din primar %tensine4crent&4 o,"in9nd#se -n secndar parametrii necesarireceptorli. 5n cele ce rmea) toate mrimilereferitoare la primar se vor nota c indicele 1 %dee;empl7 ?14 *14 14 N14 etc.&4 iar cele referitoare lasecndar c indicele 2.

Clasificare transformatoarelor se poate face dp mai

mlte criterii7# dp nmrl de fa)e4 transformatoarele pot fi7monofa)ate 3i trifa)ateI

# -n fnc"ie de nmrl -nf3rtorilor plasate pemie) e;ist7

transformatoare c do -nf3rri %primar 3i secndar&3i c mai mlte -nf3rri %de e;empl7 c mai mlte-nf3rri secndare&I

# dp destina"ia lor4 transformatoarele se -mpart -n docategorii mari7 transformatoare pentr transportl 3i distri,"ia


55/136

categorii mari7 transformatoare pentr transportl 3i distri,"iaenergiei electrice 3i transformatoare pentr instala"iile de tili)area energiei electrice.

rima categorie snt transformatoare de ptere 3i servesc pentrtransformarea parametrilor energiei electrice -n vedereatransportli 3i distri,"iei energiei electrice.

(ransformatoarele pentr instala"iile de tili)are a energieielectrice snt de o mare diversitate constrctiv4 -n fnc"ie de

roll concret pe care tre,ie s#l -ndeplineasc. +epre)entarea sim,olic a transformatorli monofa)at este dat

-n figrile rmtoare

A,ilitatea transformatoarelor de a ridica tensinea sa de a oco,or- este e;trem de til -n proiectare re"elelor de distri,"ie a


56/136

co,or- este e;trem de til -n proiectare re"elelor de distri,"ie aenergiei electrice. Atnci c9nd se transport energie electric pedistan"e lngi4 este mlt mai eficient dac aceasta se reali)ea)

la tensini -nalte 3i cren"i mici %diametrl condctorilor este maimic4 prin rmare 3i pierderile snt mai mici&4 3i co,or9rea acesteiapentr tili)area de ctre consmatori.


57/136

Raportu de trans&or#are a trans&or#atoruui< 6=>1?>2= N1?N2nde4 >1 i >2< snt tensinile -n primar i respectiv secndar N2< nmrl spirelor -nfrrii secndare N1< nmrl spirelor -nfrrii primare

X 1 % H transformator co,or9tor de tensine& Y 1 % H transformator ridictor de tensine& < 1 % H separator electric&

Trans&or#atoare cu @n&0urri #utipe


58/136

N este neaprat necesar ca transformatoarele s fie reali)ate din doar dosetri de -nf3rri.

5n acest ca)4 raportl de transformare al tensinilor considerat latransformatoarele c do -nf3rri4 este vala,il 3i -n acest toate -nf3rrile-mpart acela3i mie) feromagnetic4 fiind cplate magnetic -ntre ele. +ela"iadintre nmrl spirelor -nf3rrilor 3i raportl de transformare al tensiniloreste acela i ca la transformatorl c do -nf rri.

Trans&or#atoare cu prize


59/136

Trans&or#atoru $ariabi


60/136

Ca) -n care vom avea n contact varia,il ce sedeplasea) pe -nf3rarea secndar e;ps atransformatorli4 fiind posi,il conectarea acestia -noricare pnct %pri) varia,il&.

/utotrans&or#atoru


61/136

Dac negli6m -n totalitate separarea electric dintre -nf3rri4ptem constri n transformator folosind doar o singr

-nf3rareI dispo)itivl astfel creat poart nmele deatotransformator.

Atotransformator ridictor de tensine Atotransformator co,or9tor de tensine

Co#ponente pasi$e de circuit t i


62/136

eectric Componentele electronice pot fi clasificate -n trei mari categorii7

# componentepasive4# componenteactive- surse de energie electric. !e definesc drept co#ponente pasi$e de circuit4 acele

componente care n pot reali)a fnc"ii de conversie crent

alternativ#crnet contin i fnc ii de amplificare aspra semnalelor electrice. Cele mai tili)ate componente pasive snt7rezistoarele, condensatoarele i bobinele.

Co#ponentee acti$epermit transformarea energiei de crentalternativ -n energie de crent contin. Aceast proprietatepermite s se o,"in amplificarea semalelor varia,ile -n ptere.;emple: diode, tranzistoare, tiristoare, etc.

Rezistoru


63/136

Rezistoru Rezistorul electric este n element de circit pasiv care se

opne trecerii crentli electric dac la ,ornele sale se aplic otensine electric. l a,soar,e pe la ,orne ptere electricactiv pe care o transform -n cldr prin efectl electrocaloric%efectl /ole#$en)&.

+e)istorl se confec"ionea) din diferite materiale condctoare.

Caracteri)area glo,al a ni re)istor se face c a6torlparametrli fi)ic nmit rezisten electric4 notat c R. ?n altparametr folosit4 de asemenea4 pentr caracteri)area nire)istor este condctan"a electric4 notat c G. Cei doiparametri snt lega"i -ntre ei prin rela"ia7

Modell fi)ic ideal al ni re)istor -l repre)int ncondctor omogen c sec"inea constant. +e)isten"a


64/136

condctor omogen c sec"inea constant. +e)isten"ani condctor de lngime Lm 3i de sec"inetransversal /Lm2 este7

-n care Z este re)istivitatea materialli condctor

L[Pm. ?nitatea de msr4 -n sistem interna"ional %!.*.&4 are)isten"ei electrice se nme3te Ohm L[. 5n aplica"iilepractice se tili)ea) 3i mltipli sa s,mltipli aiacestei nit"i.

?nitatea de msr a condctan"ei electrice senme3te !iemens L!.

+e)istoarele se pot clasifica -n7# re)istoare liniareI


65/136

I# re)istoare neliniare.Rezistorul liniar are re)isten"aelectric independent de valoareaintensit"ii crentli electric ce -lstr,ate. A3adar4 re)isten"a esteconstant -n orice pnct defnc"ionare pe caracteristica

tensine#crent u%i&. ca"iatensine#crent are4 -n acest ca)4e;presia7

u < Ri Aceast rela"ie se poate scrie c

a6torl condctan"ei7i < G u

Caracteristica tensine#crent este liniar 3i bilateralI# liniar4 -n sensl c aceast caracteristic este o linie


66/136

dreapt ce trece prin origine. O consecin" important aliniarit"ii este faptl c tensinea este -ntotdeana

propor"ional c crentl 3i viceversa.# ,ilateral -nseamn c aceast caracteristic aresimetrie par fa" de origine %u%\i& < \u%i& &. Datoritpropriet"ii de ,ilateralitate4 schim,area polarit"ii

tensinii aplicate schim, sensl crentli4 dar n 3ivaloarea sa. +e)ltatl este c orice re)istor se poateconecta -n circit fr a ine seama de semnificaia nnotarea bornelor sale.

Datorit liniarit"ii4 ptem spne c7

Rezistorul neliniar are re)isten"a electric dependentde crentl care -l parcrge.


67/136

ca"ia tensine#crent a ni re)istor neliniarrepre)int o fnc"ie neliniar u < u%i&4 dat s, form

analitic4 grafic sa ta,elar.

entr re)istoarele neliniare4 -ntr#n pnct de fnc"ionare4M de pe caracteristica neliniar se definesc7


68/136

M4 de pe caracteristica neliniar4 se definesc7- rezistena static - Rs

+e)isten"a static este totdeana po)itiv.

- rezistena dinamic - Rd

+e)isten"a dinamic poate fi po)itiv sa negativ.

?n alt criteri de clasificare -mparte re)istoarele -n7

re)istoare varia,ileI


69/136

# re)istoare varia,ileI

# re)istoare invaria,ile.

!pre deose,ire de re)istoarele invariabile4 a crorvaloare a re)isten"ei n poate fi modificat de ctretili)ator4 re)istoarele variabile permit tili)atorli smodifice valoarea re)isten"ei lor4 prin deplasarea nicrsor %re)istoarele nmind#se -n acest ca)poteniometre 3i F sa reostateH -n fnc"ie demodalitatea de conectare& sa prin reali)area neicomta"ii4 ce reali)ea) schim,area cone;inilor nor

grpri de re)istoare %la re)istoarele c varia"ie ndecade&.

!im,olrile grafice )ale ale re)istoarelor snt date -nfigra de mai 6os. !im,olrile folosite pentr


70/136

figra de mai 6os. !im,olrile folosite pentrre)istoarele liniare snt date -n fig.a4 re)istoarele

neliniare a sim,olrile din fig.,.4 iar sim,olrile pentrre)istoarele varia,ile snt date -n fig.c.

Constrc"ia re)istoarelor


71/136

Din pnct de vedere constrctiv se pot identifica treitipri principale de re)istoare4 ce se vor pre)enta pescrt -n continare.

Rezistorul bobinat const dintr#n fir condctor lng-nf3rat -n 6rl ni cilindr i)olator

Rezistoarele tip pelicul superficial % ]film resistor^&snt fa,ricate prin depnerea4 -n medi vidat4 a nistrat s,"ire de metal pe n s,strat i)olator


72/136

strat s,"ire de metal pe n s,strat i)olator.+e)istivitatea stratli condctor este men"int

constant4 -n vreme ce grosimea4 l"imea sa lngimeasnt variate -n scopl controlrii re)isten"ei. Aceasttehnic de fa,rica"ie permite com,inarea -n vedereao,"inerii de circite integrate.

Rezistoarele din amestec de carbon snt alctitedintr#n element re)istiv cilindric -n care este incls nfi l i t t i,il ,


73/136

fir ale cri capete snt accesi,ile sa care are ,orneterminale metalice de care snt ata3ate firele de

legtr. lementl este prote6at c vopsea sa cplastic.

O alt categorie de re)istoare snt4 re)istoarelevaria,ile sa poteniometrele.Acestea snt dispo)itive

t i , d d , t t t l


74/136

c trei ,orne de accesI do ,orne snt conectate lacapetele ni element re)istiv4 iar a treia ,orn este n

contact mo,il c elementl re)istiv -ntr#n pnctintermediar. Cele mai tili)ate tipri de poten"iometresnt pre)entate -n figra de mai 6os %a. # poten"iometrrotitor4 ,.# poten"iometr liniar&.

Conectarea re)istoarelor


75/136

+e)istoarele se pot conecta -n serie4 paralel sa mi;t.

Conectarea serie a rezistoareor ie do re)istoare conectate -n serie -ntre ,ornele A 3i

B ale ni circit

Conectarea parae a rezistoareor ie do re)istoare conectate -n paralel -ntre ,ornele A 3i


76/136

B ale ni circit.


77/136

/pica ie 7 ! se determine re)isten a i condctan a re)istoarelor ce a caracteristicile din figr.


78/136

I

(m

A

)

V ( ! )

00

2 " R>" 220 = V>" P>"

IT" RT" ; = V." 12 ! PT"

R

R

2

>

R 1

V .: ; 0

2 2 =

1 % = 1 2 !


80/136

V.

R1

+

%0 =

12 !

A

G

Aplica ie B . se determine poten ialele n puncteleA3 G i D pentru circuitul din igur7


81/136

V.

V9UT

R2

R1

+

10 =

20 =

1% !Aplica ie B DFt este /aloarea maxim a tensiunii laie irea circuitului din igur7

R2

10 =

12 ! G

D

/picaie7 5n ig.2.@ este pre)entat cel maisimpl divi)or re)istiv de crent. ! sed t i "ii i l d i

R 2R 1

1

2 K1 K

I

A


82/136

determine cren"ii prin cele do ramri.

0

ig.2.@. !chema divi)orli re)istiv de crentanali)at

Dac la ,ornele nei re)isten"e considerat pr re)istiv %capacitatea 3i indctan"a egale c0& se aplic o tensine alternativ sinsoidal prin re)isten" va la na3tere n crentalternativ sinsoidal -n fa) c tensinea %ig.2.&.

i%t&


83/136

5ntre fl;l prin sprafa"a -nchis de spir 3i crentl prin spir e;ist rela"ia7

V


84/136

4 pmagnetic care str,ate sprafaa

fiecrei spire. rin flu& ma'netic total se -nelegefl;l care str,ate sprafaa totallimitat de circitl electric. 5n ca)lnei ,o,ine sprafaa total se

compne din sma sprafe

elorspirelor i4 prin rmare4 fl;lmagnetic total este egal c smafl;rilor care str,at sprafaa fiecreispire -n parte %nmite flu&urifasciculare&7

l;l magnetic care -nlnie circitl electric str,ttde crentl care#l prodce poart denmirea de flu& deinducie proprie. *ndctana ,o,inei4 legat de e;istenafl l i i t i d t i i


85/136

fl;li propri4 se nmete inductan proprie i see;prim4 conform rela iei 2.1@7

Do sa mai mlte ,o,ine se nmesc cplate prin indcie

mtal dac snt -nln

ite de n fl; magnetic comn4prods de crentl care circl prin na sa mai mlte ,o,ine.

Dac la ,ornele nei ,o,ine ideale %pr indctiv& se plic o tensine alternativ sinsoidalprin ,o,in va la na3tere n crent alternativsinsoidal defa)at c -n rma tensinii aplicat la ,orne de forma7

%2.20&

$egtra -ntre tensinea aplicat la ,ornele ,o,inei 3i crentl prin ,o,in este dat de rela"ia7$tsin(#$t(i

22

=

tsin"$t(u 2=


86/136

$egtra -ntre tensinea aplicat la ,ornele ,o,inei 3i crentl prin ,o,in este dat de rela"ia7

%2.21&

=$se nme3te reactan"a indctiv.

2

dt$t(di$t(u =

5n realitate -ns4 ,o,ina pe l9ng reactan"a indctiv mai pre)int 3i ore)isten" ohmic %re)isten"a condctorli din care este reali)at ,o,ina&.

8


87/136

u8

t u#

t

u t

8

8

#

a

ig.2.10. +epre)entarea ,o,inei reale %a&I Diagrama fa)orial a tensinilor 3i crentli %,&

(ensinea %t& aplicat la ,ornele nei ,o,ine reale4 determin apari"ia nicrent i%t&4 crent care determin pe cele do elemente4 c9te o tensineelectric4 $%t& 3i +%t&.

$t(u$t(u$t(u R +=

dt

$t(di$t(iR$t(u +=

Consider9nd tensinea aplicat ,o,inei alternativ sinsoidal4 dindiagrama fa)orial va re)lta7

%2.2>&

? cos sint ? sin cost < + * sint = * cost %2 2@&

$tsin(" +2 tsin#R 2= tLI cos2+


88/136

? cossint ? sincost < +$* sint =$* cost %2.2@& entr ca acest rela"ie s fie adevrat indiferent de valoarea timpli t4

vor re)lta rmtoarele rela"ii7

R

)t'

#)

#R

=

=

=

sin?

cos?

( )

I+X#+

+X+#UUU

28

28

28

28

28

2#

=+=

=+=+= )(

%2.2&

%2.2E&

nde este impedan"a ,o,inei.

[ ]&+#* 2

Crentl ce traversea) elementele circitli determin pentrfiecare -n parte rmtoarele pteri7

#pe re)isten"a +$ determin o ptere activ7%2 2&


89/136

[ ]&+#* 8=

[ ]!ar+XJ 28=

%2.2pe reactan"a indctiv =$4 o ptere reactiv7

%2.:0pe impedan"a 4 o ptere aparent7

%2.:1& O ,o,in este c at9t mai ,n c c9t pterea reactiv este mai

mare dec9t pterea activ. terea activ a nei ,o,ine idealeeste 0. +aportl dintre aceste pteri se nme3te factor decalitate a ,o,inei7 %2.:2&

nergia magnetic -nmaga)inat -ntr#o ,o,in parcrs de

crent este7 %2.::&

[ ]!A+I. 2= 22 J*. +=

88

8

#

8

#

X

*

J=

===

2m 8+2

1& =

Bo,inele snt tili)ate4 printre altele4 la reali)area releelor. +elel este -nesen" n comtator electric4 alctit dintr#n electromagnet 3i nl sa maimlte contacte. 5n ig.2.11 este pre)entat constrc"ia 3i principil defnc"ionare -ntr#o schem electric.

Aplic9nd o mic tensine la terminalele de intrare %128 sa 28&4

Bo,inele snt tili)ate4 printre altele4 la reali)area releelor. +elel este -nesen" n comtator electric4 alctit dintr#n electromagnet 3i nl sa maimlte contacte. 5n ig.2.11 este pre)entat constrc"ia 3i principil defnc"ionare -ntr#o schem electric.

Aplic9nd o mic tensine la terminalele de intrare %128 sa 28&4


90/136

Aplic9nd o mic tensine la terminalele de intrare %128 sa 28&4electromagnetl atrage armtra metalic -nchi)9nd astfel contactl dincircitl de ptere alimentat la 2208.

ig.2.11. Constrc"ia 3i principil de fnc"ionare al ni rele

/picaia 2.37 O ,o,in a,soar,e n crent de 2A de la o srs de tensinecontin de 128. Conect9nd#o la o srs de tensine alternativ de valoareefectiv 208 3i frecven"a >0`)4 ea a,soar,e n crent efectiv de 20A. ! sedetermine7 re)isten"a4 impedan"a4 reactan"a indctiv 3i indctan"a ,o,inei.

Aplic9nd o mic tensine la terminalele de intrare %128 sa 28&4electromagnetl atrage armtra metalic -nchi)9nd astfel contactl dincircitl de ptere alimentat la 2208.

Condensatoru Condensatorl repre)int n ansam,l format din do sprafe"e metalice

nmite armtri -ntre care se gse3te n material dielectric caracteri)at prin


91/136

nmite armtri -ntre care se gse3te n material dielectric caracteri)at prinpermitivitate dielectric. Ca material dielectric se tili)ea) aerl4 vidl sa alt

material i)olator. rincipala caracteristic este capacitatea electric C. Ca6torl condensatoarelor se pot reali)a diferite circite ca7 filtre4 oscilatoare4diferen"iatoare4 integratoare4 e.t.c. 5nainte de disctarea c9torva dintre acestecircite4 s vedem ce este de fapt n condensator.

ig.2.12. Condensator plan

Dac la ,ornele ni condensator se aplic o tensine contin 8 sarcina electricacmlat -n armtrile sale este7


92/136

electrice aplicate 84 iar mrimea re)ervorli corespnde capacit"ielectrice a condensatorli C %ig.2.1:.a&. Atnci c9nd se introdce lichid

-n re)ervor %sa c9nd se in6ectea) crent& nivell lichidli %tensinea la,ornele condensatorli& cre3te %ig.2.1:.,&.

Cnlimea"

8ichid"KJKLrimea

re?er/orului

ig.2.1:. Asemnarea ni condensator c n re)ervor hidralic

Atnci c9nd la ,ornele condensatorliaplicm o tensine electric4 -ntre cele doarmtri ia na3tere n c9mp electric


93/136

armtri ia na3tere n c9mp electric

! vedem modl de -ncrcare 3i de descrcare al ni condensator %ig.2.1&. C comtatorl pe po)i"ia 1 condensatorl -ncepe s se -ncarce prin re)isten"a +

c sarcini po)itive pe armtra st9ng 3i c sarcini negative pe armtra dreapt.!ensl crentli prin ampermetrl A este de la st9nga la dreapta %!#a sta,ilitconven"ional c sensl crentli este de la la #&. *ni"ial4 c9nd condensatorl estedescrcat tensinea la ,ornele sale este )ero Ca rmare crentl de -ncrcare va


94/136

descrcat4 tensinea la ,ornele sale este )ero. Ca rmare crentl de -ncrcare vafi dat de legea li Ohm7

*00

8

Centre )ero

microammeter

+4 100

A

1

2

8

!"5!

+

+

ig.2.1. 5ncrcarea 3i de descrcare nicondensator

(rec9nd comtatorl pe po)i"ia 24 condensatorl -ncepe s se descarce.Acm sensl crentli este invers fa" de crentl de -ncrcare. Dp nanmit moment de timp4 crentl 3i tensinea pe condensator se anlea)%tind spre )ero&.


95/136

ig.2.1>. vol"ia crentli 3i a tensinii de -ncrcareFdescrcare a condensatorli

;ist mlte tipri de condensatoare4 fnc"ie de materiall dielectric 3i de formaelectro)ilor %ig.2.1@&.


96/136

(a) electrolitic

(b) tantal (d) ceramic

(c) poliester (e) polistiren

ig21: Tipuri de condensatoare

5n fnc"ie de necesit"i condensatoarele pot fi grpate -n serie sa -n paralel%ig.2.1&.

!1 !2 !n

!

+1

+2

+n

!

a) b)

ig.2.1. Grpare serie %a& 3i grpare paralel %,&

$egarea -n serie este echivalent c mrirea distan"ei dintre armtri. Capacitateaechivalent a grprii este mai mic dec9t oricare dintre capacit"ile par"iale.%2.:&

$egarea -n paralel este echivalent c mrirea sprafe"ei armtrilor astfel -nc9tit t hi l t t it"il "i l

=

=n

k ktot CC 1

11


97/136

capacitatea echivalent este sma capacit"ilor par"iale7%2.0&

5n general legarea -n paralel este tili)at pentr o,"inerea nei capacit"i devaloare sperioar4 -n timp ce legarea -n serie este tili)at pentr e;tindereadomenili de tensine.

?n condensator este caracteri)at prin capacitatea sa C 3i prin tensinea nominal8n. rin grparea -n serie4 paralel sa mi;t se o,"in capacit"i 3i tensini nominale

dorite.

=

=n

k

ktot CC

1

/picaia 2.47 ! se determine capacitateaechivalent -ntre pnctele a 3i ,4 dac cele :

capacit"i snt egale c :b.

Dac la ,ornele ni condensator se aplic o tensine alternativ sinsoidal cfrecven"a f atnci pe cele do armtri se vor acmla sarcini electrice care -3ischim, semnl -n pas c frecven"a f. C alte cvinte electronii trec de pe o armtrpe alta prin circitl e;terior 3i n prin dielectric. Deplasarea de electroni prin acestcircit repre)int n crent alternativ c aceia3i frecven" f ca cea a tensinii aplicate4de aceia3i form c aceasta 3i av9nd amplitdinea direct propor"ional camplitdinea tensinii c frecven"a %plsa"ia& 3i c capacitatea condensatorli


98/136

amplitdinea tensinii4 c frecven"a %plsa"ia& 3i c capacitatea condensatorli. Aplic9nd la ,ornele ni condensator ideal %pr reactiv&4 o tensine alternativ

sinsoidal de forma 4


99/136

e;terior format este dat de rela"ia7

=Cse nme3te reactan"a capacitiv.

Circite compse -n crent alternativ %iltre& Circitl +C


100/136

U

UD

03606U

( )

()

U

U#

03606U

( )

()

ig.2.22. Caracteristica de frecven" a nifiltr trece H 6os %a& 3i respectiv a ni filtrtrece H ss %,&


101/136

Circitele care determin o modificare a tensinii de ie3ire -n fnc"ie de frecven"a tensiniiaplicat la intrare se nmesc filtre.

C9nd la cre3terea frecven"ei semnalli de intrare peste o anmit valoare nmit frecven"de tiere %de ,and&4 amplitdinea semnalli de ie3ire scade4 circitl respectiv se nme3tefiltr trece H 6os %(/&. ste ca)l circitli +#C c9nd semnall de ie3ire este cles de la,ornele condensatorli. C9nd la scderea frecven"ei semnalli de intrare s, o anmitvaloare nmit frecven" de tiere %de ,and&4 amplitdinea semnalli de ie3ire scade4circitl respectiv se nme3te filtr trece H ss %(!&. ste ca)l circitli +#C c9nd

semnall de ie3ire este cles de la ,ornele re)isten"ei. recven"a de tiere este frecven"a la care filtr introdce o atenare de #: dB sa de 040.

G(G) G(G)

a) b)


102/136

Co#ponente acti$e de circuit eectronic

Noiunea de se#iconductor Bonciunea p n


103/136

rin aplicarea nei energii e;terioare n nmr de electroni din ,anda de valen" %B8&pot fi sml3i devenind electroni li,eri. !, ac"inea ni c9mp electric e;terior care -i

diri6ea) ei formea) crentl electric4 trec9nd -n ,anda de condc"ie %BC&. Dacenergia e;terioar aplicat ni semicondctor este mai mic dec9t pragl necesartrecerii -n BC4 electronii de valen" trec -n a3a nmita ,and inter)is %B*& dp care eirevin -napoi -n B8.

Noiunea de se#iconductor. Bonciunea p-n Din pnct de vedere al condcti,ilit"ii materiale se -mpart -n condctoare4 semicondctoare 3i i)olatoare.

Asemnarea fndamental -ntre cele trei categorii const -n faptl c toate a strctra intern ,a)at peatomi4 constiti"i la r9ndl lor din ncle 3i electroni. C c9t or,itele electronilor snt mai departe dencle4 for"ele de legtr c acesta snt mai sla,e 3i astfel electronii pot fi -ndeprta"i mai 3or prinaplicarea nei energii e;terioare. lectronii de pe ltiml strat %or,it& se nmesc electroni de valen". 5nig.>.1. snt pre)entate diagramele energetice ale celor trei categorii de materiale.

GDGD

GD

G+

G!

G!

G!

G+

a) b) c)

ig.>.1. Diagrama energetic a materialelor7condctoare %a&I semicondctoare %,&Ii)olatoare %c&

!emicondctoarele snt materiale care sta la ,a)a reali)rii componentelor active%e;7 diode4 tran)istoare4 etc.&. $a acestea4 spre deose,ire de condctoare 3ii)olatoare4 condcti,ilitatea depinde foarte mlt de temperatr4 ilminare sa deimprificarea c materiale sa c atomi strini.

Materialele semicondctoare )ale snt germani 3i silici4 am,ele fc9nd partedin grpa a 8*#a4 av9nd deci electroni de valen" pe ltima or,it.


104/136

!emicondctorl pr4 la rece4 se comport ca n i)olator. lectronii de valen" fiind

,ine fi;a"i asigr9nd legtrile dintre atomi. Ca rmare n e;ist prttori desarcin %electroni sa golri& li,eri.

Me

MeMe

MeMe

ig.>.2. !emicondctor pr

!emicondctorl de tip N const dintr#n semicondctor pr -n a crire"ea cristalin s#a introds atomi c > electroni de valen" din grpa a 8#a %e;7 Arseni As&. atr legtri de valen" ai arsenili asigr legtrilec atomii vecini ai semicondctorli iar cel de#al >#lea rm9n9nd sla,legat de atoml s devine disponi,il %li,er& 3i chiar la temperatrio,i3nite poate cpta o mi3care li,er Ace3ti atomi capa,ili s prodc


105/136

o,i3nite poate cpta o mi3care li,er. Ace3ti atomi capa,ili s prodcelectroni li,eri se nmesc donori.

As

MeMe

MeMe

$lectron liber

a&

+r

.i.i

.i.iMol

,&

ig.>.:. !emicondctoare e;trinseci7 de tip N %a&I de tip %,&

!emicondctorl de tip se o,"ine prin dotarea semicondctorli pr c atomi dingrpa a ***#a 4 c : electroni de valen" %e;7 *ridi *r&. 5n acest ca) na din legtrilere"elei rm9ne nesatisfct4 astfel -nc9t dac n electron dintr#o legtr vecinprime3te o cantitate foarte mic de energie %prin agitare termic& el poate completalegtra lips ls9nd -n rma sa n gol. Goll format poate fi completat la r9ndls de n electron vecin care -3i prse3te propria legtr ls9nd n alt loc gol.C -


106/136

C alte cvinte4 n atom ,ivalent a dat na3tere ni gol mo,il -n semicondctor.

Ace3ti atomi care pot capta electroni se nmesc atomi acceptori. Concl)ion9nd4 semicondctorl de tip N con"ine sarcini negative -n e;ces%electroni&4 iar semicondctorl de tip sarcini po)itive -n e;ces %golri& care se potdeplasa prin re"eaa cristalin a semicondctorli s, inflen"a nor ca)eenergetice aplicate din e;terior %cldr4 lmin4 for" electromotoare4 etc&.

Dotarea semicondctoarelor pre se poate face prin diverse procedee tehnologiceca7 alierea4 dif)ia4 implantarea ionic etc. Dac -ntr#n cristal semicondctor se

creea) prin dotare %imprificare& do )one vecine4 na de tip 3i alta de tip N sespne c s#a o,"int o 6onc"ine #N. Aceast 6onc"ine n se poate o,"ine printr#o simpl alipire a do regini

imprificate de tip 3i respectiv N4 deoarece metodele tehnologice actale dealipire fac ca distan"a dintre cele do regini s fie foarte mare %distan"ainteratomic la !i 3i Ge are ordinl de mrime 10 #10m&. 5n aceste condi"iifenomenele de trecere dintr#o )on -n alta a prttorilor de sarcin ar fi -mpiedicat4

cele do regini rm9n9nd astfel i)olate.

5n sita"ia c9nd 6onc"inii #N n i se aplic nici o tensine4 golrile din )ona vor dif)a-n )ona N4 iar electronii din )ona N dif)ea) -n )ona %ig.>.&. Golrile care trec -n)ona N se vor com,ina c o parte a electronilor ma6oritari din aceast )on4 iar electroniicare trec -n )ona se recom,in c o parte a golrilor care snt prttori ma6oritari -naceast )on. Datorit plecrii golrilor din )ona rm9n atomi acceptori necompensa"icare snt -ncrca"i negativ iar prin plecarea electronilor din )ona N4 rm9n atomi donorinecompensa"i care snt -ncrca"i po)itiv. 5ntre )ona N 3i )ona ia na3tere n c9mp


107/136

necompensa"i care snt -ncrca"i po)itiv. 5ntre )ona N 3i )ona ia na3tere n c9mpelectric -ndreptat de la )ona po)itiv din N spre )ona negativ din . Acest c9mp

ac"ionea) ca o ,arier aspra prttorilor ma6oritari -mpiedic9nd#i s mai -nainte)e.Acest strat se mai nme3te 3i strat de ,arier %)on de ,arier&. 8aloarea diferen"ei depoten"ial dintre cele do )one ale stratli de ,arier este de %042#04:& 8 pentrgermani 3i de %04>>#04& 8 pentr silici. 5n consecin" -n ca)l 6onc"inii #N li,ere%nepolari)at& dp o mi3care ini"ial de prttori ma6oritari se reali)ea) n echili,relectric4 -n care 6onc"inea pre)int 2 )one %de tip 3i de tip N& separate printr#o )on%strat& de ,arier sitat de o parte 3i de alta a sprafe"ei de separa"ie4 caracteri)atprintr#n anmit poten"ial de ,arier specific tipli de semicondctor folosit.

G** N

N

ig.>.. /onc"inea #N

nepolari)at

Dac la e;tremit"ile 6onc"inii #N se aplic o srs e;terioar de tensine4 c ,ornanegativ pe reginea 3i c ,orna po)itiv pe reginea N atnci electronii snt atra3ide ,orna po)itiv iar golrile de ,orna negativ a ,arierei. !tratl de ,arier se lrge3te3i 6onc"inea este ,locat. !e spne c 6onc"inea #N este polari)at invers. C toatec 6onc"inea #N este polari)at invers apare tot3i n crent de valoare foarte mic*inv datorat deplasrii golrilor din reginea N spre reginea 4 respectiv electronilor din N A t t t t i D l t it"il 6 "i ii N


108/136

spre N. Acest crent se nme3te crent invers. Dac la e;tremit"ile 6onc"inii #N se

aplic o srs e;terioar de tensine4 c ,orna po)itiv pe reginea 3i c ceanegativ pe reginea N se spne c 6onc"inea #N este polari)at direct. C9mplelectric datorat srsei fiind de sens contrar poten"ialli de ,arier4 golrile din )ona vor migra spre ,orna negativ iar electroni din )ona N spre cea po)itiv astfel c princircitl e;terior se va -nchide n crent *dirnmit crent direct.

G* N

+in/

+in/

a)

* N

+dir

+dir

b)

ig.>.>. /onc"inea #N polari)at7 invers %a&I direct %,&

iode se#iconductoare !nt alctite dintr#o 6onc"ine N la care s#a

ata3at 2 contacte. Din motive de protec"ie fa" demedil e;terior 6onc"inea este introds -ntr o
http://ro.wikipedia.org/wiki/Fi%C5%9Fier:Dioda.svg


109/136

medil e;terior4 6onc"inea este introds -ntr#o

capsl metalic4 din sticl sa din plastic.+eginea se nme3te anodl diodei iarreginea N catodl diodei.

Dac aplicm diodei4 o tensine contin ?Dcplsl pe anod 3i minsl pe catod4 dpdep3irea nei anmite valori ?D0 %tensine deprag&4 dioda -ncepe s se deschid 3i prin ea vacircla n crent *d %crent direct&4 crent care

cre3te para,olic c cre3terea tensinii ?D.Aplic9nd o tensine contin c minsl pe anod3i c plsl pe catod4 dioda este ,locat sa estepolari)at invers4 crentl prin diod av9nd ovaloare mic. Dac tensinea invers dep3e3teo anmit valoare ?str4 nmit tensine destrpngere4 crentl prin diod cre3te ,rscdc9nd la distrgerea diodei prin efect termic.

ig.>.. !im,oll i c aracteristica crent H tensine a nei diode semicondctoare

Aplica"ia >.17 ! se determine crentl prin circitlaltrat dac dioda este7a& c siliciI,& c germani. Aplica"ia >.27 Considerm circitl din ig.>.E4 alctit

dintr#o diod c catodl la mas 3i anodl legat printr#o
http://ro.wikipedia.org/wiki/Fi%C5%9Fier:Dioda.svg


110/136

dintr#o diod c catodl la mas 3i anodl legat printr#o

re)isten" de 1 la o srs de tensine contin de 108.! se determine crentl prin diod4 dac tensinea peaceasta este ?D.E. Circitl anali)at

Dp tili)area lor practic4 diodele semicondctoare se -mpart -n mai mlte categorii4 astfel7

Dupa materialul din care se realizeaza:# dioda c germani4

# dioda c silici. Dupa caracteristicile jonctiunii:

# dioda redresoare

# dioda sta,ili)atoare de tensine %dioda ener&

# dioda electrolminiscent %$D dioda de comtatie

# dioda c capacitate varia,ila %varactor savaricap&

# dioda tnel# dioda diac# dioda Gnn#dioda !chottW

Circuite de redresare Diodele redresoare snt proiectate 3i fa,ricare special pentr redresarea semnalelor alternative.

Acestea pre)int o re)isten" mic la trecerea crentli direct %polari)are direct& 3i o re)isten"foarte mare la polari)area invers a 6onc"inii.? i it d d t - l di t i "i t f t d i filt


111/136

?n circit de readresare este comps -n general din trei pr"i7 transformator4 redresor 3i filtr.

+oll circtelor de redresare este de a o,"ine n crent de n singr sens prin sarcin. Acestcrent este4 -n lipsa filtrli4 plsatori. iltrl are roll de a separa componenta contin decomponentele alternative ale crentli redresat. +edresoarele monofa)ate se tili)ea) pentrpteri mai mici de 1'R.

+edresoarele se clasifica dpa nmeroase criterii 4 cele mai importante fiind nmarl de fa)e4 tiplschemei4 posi,ilitatea reglarii tensinii de iesire.

Dpa nmarl de fa)e al srsei4 care este de o,icei reteaa electrica4 redresoarele se clasifica in7# redresoare monofa)ate

# redresoare trifa)ate Dpa tipl de schema7# redresoare monoalterna # redresoare ,ialternan c pnct median# redresoare ,ialternan in pnte

Dpa posi,ilitatea reglarii tensinii de iesire7# redresoare necomandate

# redresoare comandate


112/136

)ce#a boc a unui redresor

!chem de redresare monofa)at4 monoalternan"4 c sarcinre)istiv


113/136


114/136

!cheme de redresare monofa)ate4 ,ialternan"4 c sarcinre)istiv

!chem de redresare c pnct median


115/136

!chem de redresare -n pnte


116/136

:itrarea tensiunii redresate $a toate schemele de redresare stdiate a re)ltat c tensinea redresat care se

aplic sarcinii n este ideal contin. O,"inerea la ,ornele re)isten"ei de sarcin anei tensini c9t mai contine %c factor de ondla"ie mic& necesit diminareacomponentei alternative din tensinea redresat opera"ie ce se reali)ea) c a6torl


117/136

componentei alternative din tensinea redresat4 opera"ie ce se reali)ea) c a6torl

filtrelor. nc"ionarea filtrelor se ,a)ea) pe proprietatea ,o,inelor conectate -n seriec +s de a avea o re)isten" negli6a,il pentr componenta contin a crentli 3i oreactan" mare pentr componena alternativ din crentl redresat4 respectiv peproprietatea capacit"ilor mari4 conectate -n paralel c sarcina de a 3nta componentaalternativ.

iltrele tili)ate frecvent la redresoarele de mic ptere a schemele din ig.>.1:.

1

2

D

11

2 1

21

28

1

2D

1

28

D

1

2D

1

2#

D

a capaciti/b inducti/

d tip O D8De tip O D#D

ig.>.1:. (ipri de filtre

!chema ni redresor monofa)at monoalternan" c filtr capacitiv estepre)entat -n ig.>.1.u

D3 u

2

2 U2

u2

uD

U0


118/136

1 2 >

5n intervall de timp 0..t14 2XC3i deci DX0. Ca rmare dioda D condce 3i condensatorl se -ncarc prinsecndarl transformatorli 3i diod. +e)isten"a de -ncrcare + ieste foarte mic7

+i


119/136

de varia"ie al crentli prin diod.

!e o,serv c pentr n interval mare devaria"ie a crentli din diod cprins -ntre *)m3i*)M4 tensinea pe diod varia) -ntr#n intervalfoarte mic cprins -ntre ?)m3i ?)Mpt9nd ficonsiderat c rm9ne practic constant.

+?m

+?N

+?L

+?

P A

( (

a) b)

rincipalii parametrii ai nei diode ener snt tensinea nominal ? )N4 crentl nominal *)N4 tensineminim ?)m4 tensine ma;im ?)M4 crent minim *)m4 crent ma;im *)M4 pterea disipat ma;im )M

Curs_EE.ppt

Documents

Transcript of Curs_EE.ppt