elth cds auxiliar

5/14/2018 elth cds auxiliar - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/elth-cds-auxiliar 1/2562005

ENERGIE, ELECTROTEHNICĂ ELECTRONICĂ

Adriana BERZUNŢEANU Mariana ROBE

Specializarea EDUCAŢIE TEHNOLOGICĂ

Forma de învăţământ ID emestrul I- s

Program universitar de conversie profesionalăpentru cadrele didactice din mediul rural

post



Ministerul Educaţiei şi Cercetării

Proiectul pentru Învăţământul Rural

EDUCAŢIE TEHNOLOGICĂ

Energie, electrotehnică electronică

Adriana BERZUNŢEANUMariana ROBE

2005



© 2005 Ministerul Educaţieiţşi Cercetării

Proiectul pentru Învă ământul Rural

Nici o parte a acestei lucrărinu poate fi reprodusă fărăacordul scris al uiMinisterul Educaţiei şi Cercetării



Cuprins

Proiectul pentru Învăţământul Rural i

CUPRINS

Capitol Pagina

Cuprins i

Introducere v

UNITATEA DE ÎNVĂŢARE 1SURSE DE ENERGIE, MODALIT ĂŢ I DE PRODUCERE A ENERGIEI

Obiectivele unităţii de învăţare 1

1.1. Ce este energia? 2

1.2. Transformarea energiei 2

1.3. Conservarea energiei – primul principiu al termodinamicii 3

1.4. Măsurarea energiei; unităţi de măsur ă pentru energie 3

1.5. Puterea , măsurarea puterii, unităţi de măsur ă pentru putere 4

1.6. Diverse forme de energie: 5

Răspunsuri şi comentarii la întrebările din testele de autoevaluare 11

Lucrarea de verificare nr. 1 12

Bibliografia 13

UNITATEA DE ÎNVĂŢARE 2MATERIALE ELECTRONICE Ş I ELECTROTEHNICE


2.1. Introducere 15

2.2. Materiale metalice 17

2.3. Materiale semiconductoare 40

2.4. Materiale electroizolante 452.5. Materiale magnetice 62



Bibliografia 70



Cuprins

ii Proiectul pentru Învăţământul Rural

UNITATEA DE ÎNVĂŢARE 3ELEMENTE PASIVE DE CIRCUIT: REZISTOARE, CONDENSATOARE, BOBINE


3.1. Rezistoare 72

3.2. Condensatoare 823.3. Bobine 91



Bibliografia 99

UNITATEA DE ÎNVĂŢARE 4COMPONENTE ACTIVE DE CIRCUIT

Obiectivele unităţii de învăţare 1004.1. Joncţiunea pn 101

4.2. Dioda redresoare 104

4.3. Dioda Zener 107

4.4. Dioda Varicap 107

4.5. Tranzistorul bipolar 111

4.6. Dispozitive optoelectronice fotorezistenţa, fotodioda,fotoelementul,

fototranzisorul,LED-ul. 122



Bibliografia 132

UNITATEA DE ÎNVĂŢARE 5REDRESOARE


5.1. Introducere 134

5.2. Redresor monoalternanţă 1355.3. Redresor dublă alternanţă cu transformator cu priză mediană 138

5.4. Redresor dublă alternanţă cu punte redresoare 141

5.5. Filtre de netezire 142



Bibliografia 149



Cuprins

Proiectul pentru Învăţământul Rural iii

UNITATEA DE ÎNVĂŢARE 6TEHNOLOGIA DE REALIZARE A CABLAJELOR IMPRIMATE



6.2. Lipirea 1516.3. Cablaje imprimate 153

6.4. Executarea lipirii cu ciocanul de lipit 154

6.5. Dezlipirea componentelor 157

6.6. Recomandări pentru plantarea componentelor electronice 159

6.7. Realizarea circuitelor imprimate cu componente pasive 160

Lucrare practică Proiectarea şi realizarea divizorului de tensiune 160

Lucrare practică Proiectarea şi realizarea divizorului de curent 161

Bibliografie 162

UNITATEA DE ÎNVĂŢARE 7COMPONENTE ALE INSTALAŢ IILOR DE TRANSPORT Ş I DISTRIBU Ţ IE

A ENERGIEI ELECTRICE


7.1. Noţiuni de bază: receptor, instalaţia electrică, aparat electric,

efectul termic al curentului electric , scurtcircuit 164

7.2. Componente ale instalaţiei de transport a energiei electrice 1657.3. Componente ale instalaţiei de distribuţie a energiei electrice 169

7.4. Conectarea consumatorilor la reţeaua de distribuţie 172



Bibliografia 177

UNITATEA DE ÎNVĂŢARE 8COMPONENTE ALE INSTALA

Ţ IEI DE ILUMINAT INTERIOR


8.1. Surse electrice de iluminat 180

8.2. Corpuri de iluminat 184

8.3. Aparate electrice 187

8.4. Tablouri electrice 195

8.5. Conductoare, tuburi de protecţie, accesorii 195



Bibliografia 202



Cuprins

iv Proiectul pentru Învăţământul Rural

UNITATEA DE ÎNVĂŢARE 9SCHEMA DE ALIMENTARE CU ENERGIE ELECTRIC Ă A LOCUIN Ţ EI


9.1. Elemente de proiectare a instalaţiilor electrice interioare 204

Lucrarea de verificare nr. 9 213Bibliografia 214

UNITATEA DE ÎNVĂŢARE NR.10 APARATE DE M ĂSUR Ă


10.1. Noţiuni de bază: proces de măsurare, erori de măsurare 216

10.2. Aparate de măsur ă analogice 218

10.3. Aparate de măsur ă digitale 22510.4. Multimetre 226

10.5. Măsurarea mărimilor electrice 227

10.6. Osciloscopul 235


Bibliografia 244



Introducere

Proiectul pentru Învăţământul Rural v

INTRODUCERE

Stimate cititorule,

Bine ai venit la studiul modulului Energetică, Electrotehnică, Electronică, parte integrantă a cursului de Educaţie tehnologică. Te felicitpentru că aceasta înseamnă că eşti o persoană deosebită, preocupată depropria carier ă şi care ştie să exploateze fiecare oportunitate.OBIECTIVELE MODULULUI

După studiul modulului vei fi capabil :• Să explici noţiuni teoretice şi practice legate de fenomenele

electrice şi magnetice din domeniile energetică, electrotehnică,

electronică.• Să susţii o discuţie despre fenomenele electromagnetice şiaplicaţiile acestora folosind un vocabular adecvat, cu termenitehnici de specialitate.

• Vei fi capabil să foloseşti componente ale unei instalaţii deiluminat,

• Vei fi capabil să foloseşti componente electronice pentru realizareaunor circuite simple.

• Vei fi capabil să fololoseşti aparate de măsur ă pentru mărimielectrice.

• Vei descoperi noi valenţe ale educaţiei la distanţă.

MODUL ÎN CARE ESTE CONCEPUT MODULUL Apreciem că este necesar şi sper ăm, ca cititorul nostru să înţeleagă sensulfiecărui cuvânt pe care îl va întâlni în cele ce urmează. De aceeaconsider ăm că este binevenită explicarea sensului unor noţiuni depedagogie contemporană (de altfel pe parcursul modulului vei întâlni adeseaun „dicţionar” cu explicarea sensului unor noţiuni învăţate în anii de şcoală ).

1. Modul – este o unitate didactică alcătuită din elemente de teorie,lucr ări de laborator şi de instruire practică corelate cu conţinuturi-le teoretice. Lucr ările de laborator şi de instruire practică asigur ă confirmarea şi aplicarea adevărurilor ştiinţifice pe de o parte şi dobândireacompetenţei de „a şti să faci „ pe de altă parte. Am încercat de asemenea ca prin lucr ările de laborator şi lucr ările practice să aplicăm un principiude actualitate în învăţământ – learning by doing.Structura modulului, fidelă structurii cursului de Educaţie la Distanţă, esteconstruită pe 10 unităţi de învăţare cu 10 lucr ări de verificare, careevaluează nivelul de formare a competenţelor vizate de unitatea de învăţare.

2. Unitatea de învăţare = element structural al modulului, care integreaz ă competenţ especifice, este unitar ă din punct de vedere tematic şi se finalizeaz ă prin evaluare.

3. Competenţe specifice = ansambluri structurate de cunoştinţe şi deprinderidobândite prin înv

ăţare

şi care permit identificarea

şi rezolvarea de probleme

în contexte diverse a unor probleme caracteristice unui anumit domeniu. Elesunt definite pe obiect de studiu.



Introducere

vi Proiectul pentru Învăţământul Rural

Prezentarea, încă de la începutul unităţii de învăţare, a obiectivelor unităţiide învăţare vă direcţionează studiul spre dezvoltarea competenţelor specifice vizate. Pentru o învăţare activă, cu participarea directă adumneavoastr ă, fiecare unitate de învăţare conţine mai multe sarcini delucru/aplicaţii, lucr ări de laborator, care vă ajută în clarificarea şiconsolidarea conceptelor şi fenomenelor prezentate.MODUL ÎN CARE ESTE CONCEPUTĂ EVALUAREAEvaluarea este activitatea de colectare , organizare şi interpretare adatelor obţinute prin intermediul instrumentelor de evaluare în scopulemiterii unei judecăţi de valoare asupra rezultatelor măsur ării.Evaluarea se adresează cursanţilor , se poate face la date fixe (stabilite detutore) prin probe scrise (lucr ările de verificare prevăzute la sfâr şitul fiecăreiunităţi de învăţare, prin proiecte, referatele lucr ărilor de laborator). Evaluareaare în vedere atingerea de către cursant a obiectivelor unităţilor de învăţare .Varietatea instrumentelor de evaluare ( rezolvări de probleme, proiecte,glosare de termeni tehnici, referatele lucr ărilor de laborator) şi a itemilor,

permite îndeplinirea funcţiilor evaluării:-diagnoza – stabilirea punctelor tari şi a punctelor slabe ale cursanţilor sprijinind deciziile de referitoare la activităţile de ratrapaj;- prognoz ă – stabileşte zonele de performanţă viitoare ale cursanţilor -reglarea înv ăţării – ajută tutorele la realizarea consilierii privind învăţarea- certificare – certifică nivelul de pregătire a cursanţilor.- aplicaţiile rezolvate precum şi testele de autoevaluare, îndeplinesc funcţiamotivaţională a evaluării stimulând autocunoaşterea şi autoapreciereacursanţilor şi sporind motivaţia pentru învăţareEvaluarea obiectivelor atinse de cursanţi este criterială - punctajeleobţinute de cursant prin rezolvarea sarcinilor de lucru (itemilor) din fiecare

lucrare de verificare, furnizează date despre performanţe. Am apreciat că obţinerea punctajului maxim la rezolvarea unei lucr ări de verificare constituie6% din punctajul total necesar absolvirii modulului -10 lucr ări de verificarerealizate cu punctaj maxim reprezintă 60% din punctajul necesar absolviriimodulului, restul de 40% fiind acordat de tutore, pe baza unor instrumente şimetode de evaluare elaborate de acesta.Convertirea punctajului în notă este sistemul de notare cu care lucrează Serviciul Naţional de Examinare şi Evaluare.Răspunsurile şi comentariile testelor de evaluare se găsesc la sfâr şitulfiecărei unităţi de învăţare. În cazul Unităţii de învăţare Nr 6 „Tehnologia de realizare a cablajelor”,

consider ăm că pentru atoevaluare şi evaluare sunt necesare efectuări delucr ări practice. Acestea vor înlocui testele de atoevaluare. Prin înţelegere cututorele veţi stabili şi lucrarea de verificare.

a. Deoarece obiectivele modulului vizează şi dobândirea de deprinderipractice de lucru cu componente electrice şi electronice şi folosireaaparatelor de măsur ă, pentru evaluarea acestora , în coloana„Evaluare” din fişele tehnologice, tutorele va consemna „Realizat” sauva bifa realizarea corectă a operaţiei respective.

b. Un caz aparte este Unitatea de învăţare numărul 9 ”Schema dealimentare cu energie electrică a locuinţei” Testele deautoevaluare au fost înlocuite cu un mini proiect pentru care există atât schemele cât şi exemplele de calcul corespunzătoare.



Introducere

Proiectul pentru Învăţământul Rural vii

c. În cazul Unităţii de învăţare nr. 10 „ Aparate de măsur ă” obiectivelefiind identificarea aparatelor de măsur ă să măsurarea parametrilor componentelor electronice şi electrice care alcătuiesc circuitele dealimentare cu energie electrică, atoevaluarea şi evaluarea se faceprin lucr ări de laborator şi întocmire de referate .

d. Pentru învăţare eficientă este esenţială asigurarea cu elementevizuale. Deşi cursul conţine foarte multe imagini, recomandămfolosirea CD-urilor cu lecţii referitoare la componentele unei instalaţiielectrice de iluminat şi modul de realizare a acesteia, la modul defuncţionare şi folosire a aparatelor de măsur ă, ( laborator virtual)elaborate de firma SIVECO. Pentru obţinerea acestora accesaţisite-ul astfel: www.portal.edu.ro, click Centrul de excelenţă SIVECO, click Secţiunea conţinut educaţional multi- media, clickLista pachetelor de lecţii AEL, click TEHNOLOGIE.De asemenea se poate folosi motorul de căutare pe internetwww.google.ro în varianta „Imagini” sau varianta ”Web”

e. Pentru localizarea imediată a sarcinilor de lucru/aplicaţii, alucr ărilor de laborator, a testelor de autoevaluare sunt utilizatedesene simbolice (aceleaşi pe tot parcursul modulului), pe carele vei recunoaşte după parcurgerea primei unităţi de învăţare .Spaţiul liber din partea stângă vă permite să vă faceţi propriileadnotări /comentarii referitoare la conţinutul studiat .Lucr ările de verificare vor fi trimise tutorelui, care, după ce leanalizează şi notează, vi le retrimite cu comentarii şi recomandă dacă este cazul. Instrucţiuni de elaborare a lucr ărilor de verificare:Răspunsurile la întrebări vor fi transmise prin poştă tutorelui pentru

corectare şi eventuale comentarii. Pe prima pagină a lucr ării se vor înscrie următoarele informaţii: modulul Energie, Electrotehnică,Electronică, lucrarea de verificare numărul, numele şi prenumelecursantului, adresa.Vă recomand să scrieţi clar r ăspunsurile la întrebări. Dacă este posibilutilizaţi un procesor de texte. Pentru comentariile tutorelui, lăsaţi omargine de circa 5 cm şi aceeaşi distanţă între r ăspunsuri. Pentrusecuritatea lucr ării vă recomand să scrieţi numele cursantului pefiecare pagină



Introducere

viii Proiectul pentru Învăţământul Rural

Bibliografie minimală a modulului

1. Ileana Fetiţa şi Al. Fetiţa , “Manual de studiul materialelor” Editura didactică şipedagogică, 1992

2. Dan Dascălu ş.a. Dispozitive şi circuite electronice, Editura didactică şiPedagogică, Bucureşti 1982,

3. Th. Dănilă, Monica Ionescu Vaida, Manual de componente şi circuite electroniceEditura didactică şi Pedagogică, Bucureşti 1993.

4. Constantin Miroiu, Lucr ări practice de componente şi circuite electronice,19835. Mariana Robe ş.a. Componente şi circuite electronice –Sinteze pentru examenul

naţional de bacalaureat, Editura Economică Preuniversitaria, 20006. Emil Micu, ş a Electrotehnica de la A la Z, Editura ştiinţifică şi enciclopedică Bucureşti, 1985.7. D. Comşa şa, Proiectarea instalaţiilor electrice industriale ,Editura didactică şi

pedagogică Bucureşti, 1983.8. E Pietr ăreanu, Agenda electricianului, Editura tehnică, Bucureşti,1986.

9. Niculae Mirea , Constantin Neguş Manual pentru instalaţii şi echipamante clasa aXI a Editura didactică şi pedagogică Bucureşti, 1982.10. Traian Canescu, Manual de Tehnologia lucrarilor electrotehnice, Editura

Didactică şi pedagogică, 1984.11. P. Dinulescu, Instalaţii şi echipamente electrice Editura Didactică şi

pedagogică,198112. Eugenia Isaac, Manual de Măsur ări elctrice şi electronice, clasa XI, Editura

Didactică şi pedagogică, 199413.Mariana Robe ,coordonator,”Manual pentu pregătire de bază, domeniul electric”,

Editura Economică, Preuniversitaria, 2000

Notă: la sfâr şitul fiecărei unităţi de învăţare sunt indicate reperele bibliograficespecifice tematicei abordate.



Energie

Proiectul pentru Învăţământul Rural 1

UNITATEA DE ÎNVĂŢARE NR.1SURSE DE ENERGIE, MODALITĂŢI DE PRODUCERE A ENERGIEI

Capitol Pagina

Obiective 1

1.1. Ce este energia? 2

1.2. Transformarea energiei 2

1.3. Conservarea energiei – primul principiu al termodinamicii 3

1.4. Măsurarea energiei; unităţi de măsur ă pentru energie 3

1.5. Puterea , măsurarea puterii, unit

ăţi de m

ăsur

ăpentru putere 4

1.6. Diverse forme de energie 5



Bibliografia 13

OBIECTIVE:

- după parcurgerea acestui capitol, vei fi capabil să demonstrezi c ă ai înţ eles ce este energia şi care sunt propriet ăţ ile ei - vei fi capabil să explici modul de producere adiferitelor forme de energie.- vei şti cum se pot acumula diversele forme deenergie.- vei putea explica modul de transport al energiei.- vei fi capabil să ac ţ ionezi în scopul economisirii energiei.- vei putea argumenta alegerea diferitelor surse de

producere a energiei electrice.



Energie

2 Proiectul pentru Învăţământul Rural

1.1. CE ESTE ENERGIA?

Stimate Cititorule,Tr ăind în secolul XXI, cu siguranţă eşti tributar în viaţa personală şi încea socială, ENERGIEI. Energia este esenţială omului şi reprezintă o miză major ă în domeniulpolitic, economic, ştiinţific, în politica de mediu.Din toate timpurile, omul a avut nevoie de energie pentru a se hr ăni şipentru a se mişca. Astăzi, tehnologia permite obţinerea unor cantităţimari de energie. h yique de l’énergie.

Sensul etimologic al cuvântului ENERGIE – în limba greac ă înseamnă For ţ a în ac ţ iune. CANTITATEA DE ENERGIE POATE FI MAI MARE SAU MAI MIC Ă Energia poate exista sub diferite aspecte şi se poate simţi în funcţie desituaţie. De exemplu un automobil are o energie cu atât mai mare cu câtse deplasează cu o viteză mai mare. Această energie este însă inferioar ă energiei unui camion care se deplasează cu aceeaşi viteză.Un resort care este comprimat are o energie mai mare decât a aceluiaşiresort destins. Energia unei baterii care alimentează un consumator estemai mare decât a unei baterii la care nu este conectat un consumator.După cum observăm, energia are forme diverse. Pentru fiecare dintre ele

se observă că energia unui sistem fizic depinde de starea in care se află la un moment dat. În exemplele de mai sus, starea sistemului fizic estedeterminată de masă şi de viteza de deplasare a autovehicolului, dedeformarea resortului, de sarcina bateriei. Aceste forme de energie setransformă.Transformările sunt utilizate în viaţa de zi cu zi,f ăr ă ca aceste transformări să generezepierderi.

1.2. TRANSFORMAREA ENERGIEI ENERGIA SE TRANSFORMĂ Într-un bec, energia electrică se transformă înenergie luminoasă.

Energia chimică înmagazinată în bateria lanternei de buzunar setransformă în energie electrică atunci când se acţionează întrerupătorul şi închide circuitul de alimentare a becului; energia electrică se transformă în energie luminoasă dar şi în energie calorică. Într-o centrală termoelectrică, energia stocată în carburant (energia chimică în cărbuni şipetrol, sau energie nuclear ă în uraniu), este transformată prin combustie,respectiv prin reacţie nuclear ă în căldur ă; apoi, o parte din această

energie este recuperată în turbine, sub formă de energie mecanică; însfâr şit, energia mecanică se transformă în energie electrică înalternatoare.

DIC IONAR



Energie


1.3. CONSERVAREA ENERGIEI –primul principiu al termodinamiciiO caracteristică remarcabilă a energiei este că ea se conservă

întotdeauna; dacă se transfer ă dintr-un sistem în altul sau î şi schimbă natura, aceasta se face f ăr ă distrugere sau creare de energie.

Dacă un obiect a pierdut energie, aceeaşi cantitate de energie estecâştigată de un alt obiect cu care este în legătur ă, cu alte cuvinte dacă energia î şi schimbă forma, bilanţul este întotdeauna echilibrat. Printr-unabuz de limbaj, jurnaliştii, oamenii politici, economişti spun că centralele“produc” energie. În realitate energia chimică sau nuclear ă se transformă în energie electrică şi calorică. Această conversie este caracterizată de

un “randament”. Astfel, o centrală care are un randament de 33%,consumă pentru a trimite în reţea 33 de unităţi de energie electrică 100de unităţi de energie nuclear ă şi degajă 67 de unităţi de energie calorică.Energia calorică este degajată în mediul înconjur ător prin vaporii de apă care sunt evacuaţi prin turnurile de r ăcire. Unele centrale folosescaceastă energie calorică pentru încălzirea locuinţelor şi a serelor.Vom vedea că, deşi energia se conservă întotdeauna, diversele forme nusunt echivalente deoarece nu toate formele conservabile sunt realizabile.

1.4. MĂSURAREA ENERGIEI –unităţi de măsur ă pentru energie Proprietatea energiei de a se conserva ne permite s-o măsur ăm cu

ajutorul unei singure unităţi de măsur ă, indiferent de forma pe care oare. Energia numită cinetică, asociată unui corp aflat în mişcare, demasă m şi viteză v este:

Dacă masa se exprimă în kilograme şi viteza în metri/secundă, energiase măsoar ă în joule ( J ), unitate din sistemul internaţional de unităţi. Înperioada în care căldura nu era recunoscută ca o formă de energie,studiul schimbului de căldur ă a condus la introducerea caloriei

ca unitate de măsur ă.

Experienţa a ar ătat că transformarea energiei mecanice în căldur ă cât şiinvers, se face întotdeauna cu acelaşi raport. Experienţa arată că transformările de energie mecanică în calorică şi invers se fac întotdeauna în acelaşi raport adică 1 calorie pentru 4, 18 jouli. Există decio echivalenţă între cele două forme de energie.

Primul principiu al termodinamicii: Nimic nu se pierde, nimic nu secreeaz ă, energia se conserv ă.

E=2

2mv

Caloria este cantitatea de c ăldur ă furnizat ă unui gram de apă pentru a-şi creşte temperatura cu un grad Celsius



Energie


1.5. PUTEREA – măsurarea puterii , unităţi de măsur ă pentru putere Schimburile de energie sunt caracterizate nu numai de cantitatea deenergie transferată sau transformată dar şi de durata procesului.

Unitatea de măsur ă pentru putere este Watt deci 1joul/secundă.

Să determinăm cantitatea de energie electrică pe care o consumă unradiator electric în timp de 1 or ă.Un radiator electric care are o putere de 1500 W consumă în

fiecare se-cundă o cantitate de energie de 1500 J. Consumul de energie într-o or ă va fi:1500J x 3600 secunde = 5.400.000 J.Ce puteţi spune despre unitatea de măsur ă a energiei, este mare saueste mică? Desigur este foarte mică pentru uzul curent În practică sefoloseşte Kilowat ora – KWh.

Astfel,1KWh =3600s x 1000 J =3.600.000J. Radiatorul electric consumă deci într-o or ă de funcţionare 1,5kWh şi radiază evident în acelaşi timp,ocantitate de energie calorică de 1,5 kWh

.

Puterea este cantitatea de energie produs ă în unitatea de timp.

1 KWh este cantitatea de energie necesar ă unui aparat cu o putere de 1000W în timp de o or ă

APLICAŢII



Energie


1.6. DIVERSE FORME DE ENERGIE

Energia se manifestă în mişcare, într-o reacţie chimică, într-o degajarede căldur ă, într-un sistem electric, în radiaţia luminoasă, sau în fisiuneaunui atom.Energia cinetic ă Este energia asociată mişcării unui obiect. Am văzut deja că ea este

TEST DE AUTOEVALUARE

1.Dacă apreciezi utilitatea verificării consumului de energie electrică

înregistrat de contorul din locuinţă, calculează cantitatea de energieconsumată în 24 de ore de un frigider – 2000W, 4 becuri de câte100W, un monitor 120W.Rezolvarea o vei realiza în spaţiul liber din casetă.Verificarea corectitudinii rezolvării o poţi face consultândr ăspunsurile şi comentariile de la pagina 11.



Energie


propor ţională cu masa “m” şi cu pătratul vitezei de deplasare a corpuluicu condi ţ ia ca acest obiect să aibă o vitez ă de deplasare mai mic ă decât a luminii , adic ă mai mic ă de 300 000 Km/s.Energia gravitaţ ional ă Două corpuri masive se atrag datorită for ţei gravitaţionale care esteneglijabilă pentru obiecte mici dar, devine foarte importantă pentruplanete. Astfel soarele, pământul şi luna se atrag; greutatea nu este altceva decâtfor ţa de gravitaţie exercitată de pământ asupra obiectelor din vecinătatealui. Acestei for ţe îi corespunde o energie de gravitaţie cu atât mai mare,cu cât corpurile sunt mai îndepărtate unele de altele. Energiagravitaţională se mai numeşte şi energie potenţială deoarece estepercepută de noi numai dacă este convertită în altă formă de energie.Energia potenţială în câmp gravitaţional a unei cabine de ascensor estemai mare la etajul zece decât la parter pentru că este mai departe decentrul pământului. Dacă s-ar tăia cablurile cabinei şi ar fi neutralizate

frânele de siguranţă, cabina ar cădea cu o viteză accelerată şi energiasa potenţială s-ar transforma în energie cinetică. De asemenea , energiaunei mase de apă de 1Kg. este mai mare la suprafaţ a unui lac al unui baraj decât energia sa de la piciorul barajului. Pentru o diferenţă de100m altitudine diferenţ e de energie potenţ ial ă este de 981 J. Aceast ă energie este exploatat ă în centralele hidroelectrice undec ăderea apei ac ţ ioneaz ă paletele turbinei care antreneaz ă într-o mişcare de rotaţie alternatorul.Energia elastic ă Este energia asociată deformării obiectelor elastice cum ar fi deexemplu deformarea unui resort sau compresia unui gaz.

Energia caloric ă Căldura se traduce la scara atomică, prin mişcarea dezordonată mai multsau mai puţin rapidă, a particulelor. Pentru nivelul nostru de percepere,căldura constituie forma de energie pusă în joc pentru ca temperaturaunui corp să varieze sau pentru ca un material să-şi schimbe starea :topirea gheţii, evaporarea apei. Ea se poate transfera din aproape înaproape f ăr ă să se transforme într-o altă formă de energie. Ea se poatetransforma de asemenea în energie mecanică, o maşină cu abur, sau unreactor de avion dar ceastă transformare este numai par ţială.Energia electric ă Particulele încărcate cu sarcini electrice exercită unele asupra altora for ţe

electrice. La fel cum energia potenţială a gravitaţiei a fost asociată for ţeide atracţie gravitaţională , o energie potenţială electrică este asociată for ţelor electrice care apar între sarcini electrice. Deplasarea acestora într-un circuit este însoţită mai mult sau mai puţin de transfer de energie.Energia electrică se poate transforma în energie calorică într-un rezistor electric- (radiator), prin efect Joule sau în energie mecanică pentruacţionarea unui motor.Energia radioactiv ă O radiaţie transportă energie când se propagă în vid. Soarele netransmite o putere de 1KW pe metru pătrat, sub formă de lumină vizibilă şi de radiaţie infraroşie. Un radiator ne transmite căldura sa prinintermediul mediului. Energia electrică se transformă în în căldur ă apoi



Energie


această căldur ă este evacuată în principal sub formă de energie radiativă luminoasă şi infraroşie.

Invers, se poate converti o parte din energia luminoasă care provine de lasoare în energie electrică prin intermediul fotocelulelor solare. Undeleradio transportă de asemenea energie desigur foarte slabă dar suficientă pentru transportul sunetului, imaginilor sau informaţiei

Energia chimic ă Energia chimică este asociată cu legăturile dintre atomii moleculelor. Oreacţie chimică este însoţită de o transformare a energiei chimice în altă formă de energie, de cele mai multe ori în energie calorică. O lampă cugaz, produce o cantitate de energie calorică egală cu d diferenţa dintreenergia chimică a gazului şi oxigenul consumat şi cea a produselor decombustie (vapori de apă şi bioxid de carbon).Într-o centrală termică cucărbuni, o frac ţ iune din căldura de combustie este transformată în

energie electrică. Într-un acumulator sau o pilă electrică, o parte dinenergia chimică eliberată prin reacţiile din interiorul său, este recuperată sub formă de energie electrică.Energia nuclear ă Energia nuclear ă este localizată în centrul atomilor, în nucleu. Nucleulcare este de 100000 de ori mai mic decât atomul, este constituit dinparticule elementare – protoni şi neutroni, care sunt foarte puternic legaţi între ei.Legăturile dintre neutronii şi protonii din nucleu constituie sursa deenergie nuclear ă. O reacţie nuclear ă care transformă legăturile din nucleueste însoţită de o degajare de căldur ă. Este un mecanism care are loc şi

în soare : fuziunea nucleelor de hidrogen în nuclee de heliu se producecu degajare de căldur ă care este apoi radiată. În centralele nucleare, sefoloseşte o altă reacţie nuclear ă: fisiunea nuclear ă - fisiunea nucleelor deuraniu care se transformă fiecare în alte două nuclee de două ori maimici. O parte din căldura produsă ,este transformată în energie electrică.

Microunde- unde electromagnetice cu lungimea de und ă cuprinsă între 1m şi 1 mm.

În practică, alegerea unuianumit fel de energie

depinde de scopul urmărit

Infraroşu – domeniul spectral în care radiaţ iile electromagnetice aulungimea de und ă cuprinsă între 0,8 micrometri – (lumina roşie) şi 1

mm.



Energie


Alegeţi sursa de energie eficientă pentru obţinerea a 1 kWh. Energiagravitaţională a căderii de apă sau energia mecanică?Vă amintiţi ce cantitate de energie furnizează 1kg de apa care cade de lao înălţime de 100m? 981JVă amintiţi ? pentru a obţ ine 1kWh sunt necesari 3 600 000J Deci pentru a obţine 1kWh sunt necesare 3 600 000J/981kg adică 3,67tde apă care cade de la 100m.Energia mecanică a unui automobil care cântăreşte 1t şi care sedeplasează cu o viteză de 100km/or ă este:

E=2

2mv=

2

3600

1000001000

22

22

s

mkg ∗

=4

13

102592

10

∗

J=2592

109

J

1kWh = 3600000J ⇒ Deci energia de2592

109

J = 0,1 kWh

Deci sursa de energie eficient ă pentru a obţ ine 1kWh este c ădereade apă, hidrocentralele sunt eficiente în acest caz.

În categoria intermediar ă figurează energia calorică, electrică, radiativă şichimică, care se măsoar ă în kWh per kg de materie.

Ş TIAŢ I C Ă ? ……… Pentru a topi 1kg de gheaţă sunt necesari 0,1kWh ?

Pentru a produce evaporarea a 1l de apă la 100 0

C sunt necesari0,7kWh? Aparatele electrocasnice consumă zilnic între 0,1 şi 5 kWh?

Combustia unui kg de gaz furnizeaz ă în jur de 12 kWh?Un om furnizeaz ă energie biochimic ă provenind din digerarea alimentelor şi din aerul respirat. Omul le utilizeaz ă pentru a menţ ine temperatura de36,7 0 C. Puterea corespunz ătoare este de 100W în repaus şi 500W în

plină activitate fizic ă. Energia nuclear ă este forma de energie cea mai concentrată deoarece1kg de uranium natural furnizează o cantitate de căldur ă e 100 000kWh într-o centrală electrică în timp ce 1kg de cărbune furnizează 8kWh. Iată de ce se manipulează cantităţi foarte mici de combustibil nuclear pentruproducerea electricităţii. O centrală electronuclear ă de 1000MW consumă o cantitate de 27de tone de uraniu îmbogăţit pe an în timp ce o centrală termică de aceeaşi putere, consumă 1 500 000 de tone de petrol pe an.De fapt se cunosc destul de puţine metode de extragere a energieinucleare înmagazinate în materie. În soare, 1 kg de hidrogen produce prin reacţii nucleare de transformare în heliu, 180 de milioane de kWh.

APLICAŢII



Energie


DEGRADAREA ENERGIEI Experienţa arată că un sistem fizic dat, tinde să devină spontan, din ce înce mai dezordonat.. Printre diversele forme de energie, călduracorespunde mişcării dezordonate a moleculelor. Alte forme de energiesunt din contr ă, ordonate la scar ă microscopică dar au tendinţa de a setransforma în căldur ă. Acest fenomen se numeşte disipaţie de căldur ă.Este uşor să produci căldur ă, pornind de la o cantitate de energie “nobilă”de exemplu, în cuptoare sau cazane electrice, sau cu combustie, sau cucelulele solare , pentru a încălzi apa. Dar transformarea inversă nu esteposibilă. Dacă se dispune de o cantitate oarecare de căldur ă, aceasta nupoate fi transformată în totalitate în energie mecanică , electrică, sauchimică cu ajutorul unui aparat cu ciclu de funcţionare închis, care să revină periodic la starea iniţială. Natura ne dă dreptul de a transformanumai o parte din căldura disponibilă. Aceasta limitează de exemplurandamentul turbinelor cu aburi din centralele electrice, al motoarelemaşinilor şi avioanelor, în general toate motoarele care eliberează

energie mecanică pornind de la energie calorică. În scopul exploatării energiei nucleare sau chimice într-o centrală electrică sau într-un automobil, se începe prin a se produce energiecalorică prin reacţii nucleare sau chimice ;numai o parte din această energie calorică se transformă în energie electrică sau mecanică. Situaţiamai favorabilă, este de a transforma energia mecanică în energieelectrică şi invers. Dar în ambele cazuri este imposibilă evitareatransformării unei păr ţi din această energie în căldur ă. Dacă arborele unui motor antrenează arborele unui alternator, primultransformă energia electrică în energie mecanică iar alternatorul,transformă energia mecanică în energie electrică Alternatorul nu

recuperează toată energia mecanică pe care a furnizat-o arborelemotorului deoarece o parte din aceasta, s-a transformat în energiecalorică în bobinajul care s-a încălzit prin efect Joule sau prin frecarea înlagăre , imposibil de eliminat.

STOCAREA ENERGIEI

Energia nu se poate stoca în cantităţi apreciabile şi nici în forme variateStocarea şi recuperarea implică transformări şi pierderi. Energiaelectrică poate fi înmagazinată în acumulatori sub formă de energiechimică. Dar descărcarea acumulatorilor furnizează mai puţină energie

decât cea care a fost înmagazinată, deoarece reacţiile electrochimicesunt însoţite de degajare de căldur ă. În plus, acumulatoarele suntcostisitoare şi grele, deoarece nu înmagazinează decât 0,1 kWh per kgceea ce este principala piedică în dezvoltarea automobilelor electrice.Nevoia noastr ă de energie electrică variază în timp: ea creşte rapidseara, iar centralele nucleare nu suportă aceste schimbări bruşte şiimportante.Datorită pierderilor scăzute de căldur ă, în schimburile electromecanice,se folosesc barajele nu numai ca sursă de energie hidroelectrică dar şica rezervoare de energie. În orele de consum redus, apa este pompată în lacul de acumulare prinfolosirea energiei nucleare iar în orele de vârf, această apă acţionează turbinele.



Energie


TRANSPORTUL ENERGIEI Transportul cărbunelui, al petrolului şi al gazelor naturale, este unul dinfactorii primordiali ai dezvoltării industriei. Energia electrică este singuraformă de energie care poate fi transformată aproape în totalitate şitransportată la mare distanţă în mare cantitate cu costuri relativ scăzute.Pierderile de energie prin transformarea în căldur ă pe liniile de înaltă tensiune şi prin transformatoare sunt apreciate la 8%.REZERVELE DE ENERGIE Energia este stocată în prezent în natur ă în combustibili fosili, în specialhidrocarburi, cărbuni, petrol, gaze naturale şi derivate combustibile aleacestora supuse unor cicluri de utilizare deschise şi a căror epuizaretrebuie acceptată.Ţinând cont de evoluţia consumului de energie şi de speranţa de a găsi şide a putea folosi alte surse de energie, rezervele naturale de energie sepot estima pentru petrol la câteva zeci de ani, o sută de ani pentru gazelenaturale şi uraniu şi câteva secole pentru cărbune.

Energiile regenerabile sunt cele care ne parvin direct sau indirect de lasoare şi care ne permit permanent regenerarea lor: energia solar ă,energia eoliană, hidraulică, energia chimică acumulată în vegetalefolosite la ardere – lemn, alcool, energia geotermală, energia maree- lor terestre.Energia eoliană Vântul este o sursă de energie generată de efectele termice produse dediferenţele de presiune – efectul de reîncălzire şi de r ăcire a scoar ţeiterestre. Centralele eoliene sau aerogeneratoarele, sunt folosite pentruproducerea energiei electrice prin transformarea energiei mecanice.Rotaţia paletelor expuse vântului antrenează în mişcare de rotaţie un

generator care produce energie electrică.

Energia geotermal ă Scoar ţa terestr ă este caldă şi temperatura sa creşte cu 3.30 C la fiecare100m adâncime. Apa provenită din precipitaţii se infiltrează şi se încălzeşte în contact cu aceste zone Aceste ape sunt aruncate în aer pecale naturală sub forma gheizerelor. Energia lor este folosită încă dinantichitate pentru încălzire, pentru alimentarea termelor. Zonele dinsubsol în care se găsesc apele termale se numesc zone acvifere.Temperatura lor variază în funcţie de adâncime. Utilizarea apelor termale

ca sursă de energie, depinde de temperatura acestora. De exemplu,pentru încălzirea unui bazin piscicol este necesar ă o sursă de apă cutemperatura de 200 până la 300 C; pentru încălzirea unei locuinţe estenecesar ă o sursă de 450 până la 750 C iar pentru producerea energieielectrice , o temperatur ă de 1000 până la 1500 C.Energia solar ă

Energia solară este cea mai naturală, cea mai abundentă, cea mai

disponibilă şi cea mai curată.



Energie


Radiaţiile solare sunt rezultatul reacţiilor de fuziune nuclear ă care au locla suprafaţa soarelui în urma cărora hidrogenul se transformă în heliu.Puterea degajată în urma acestui process este de 66 milioane deWatt/m2 ! Din fericire pentru noi, această se pierde pe drumul său de 150milioane de km către Terra şi numai 1kW/m2 este recuperabilă lasuprafeţe pământului.

Conversia energiei solare în energie electrică(conversie fotovoltaică) afost descoperită de fizicianul Antoine Becquerel (fiul lui AlexandreBecquerel, descoperitorul radio- activităţi) în 1838.Conversia energieisolare în energie electrică se poate face direct, când radiaţia solar ă incidentă, pe un material, de exemplu siliciu, produce curent electric. Prinintermediul particulelor de lumină – fotonii, electronii de valenţă aisiliciului sunt eliberaţi din zona de valenţă şi trec în zona de conducţie.Siliciul este elementul care se găseşte din abundenţă in scoar ţa terestr ă în nisip sau cuar ţ, este un element stabil din punct de vedere chimic şi

este lipsit de toxicitate.Un generator electric solar este alcătuit dintr-un sistem de captare aenergiei solare, un sistem de conversie a energiei solare în energieelectrică şi un sistem de stocare a energiei electrice pentru perioadeleneînsorite. În figur ă, este prezentată o clădire pe care sunt montate celulesolare care asigur ă încălzirea apei menajere.

R ĂSPUNSURI Ş I COMENTARII LAÎNTREB ĂRILE DIN TESTELE DE EVALUARE

Pentru rezolvare trebuie să revezi formulele de calcul şidefiniţiile şi aplicaţiile de la pagina 4 din unitatea de învăţare“Surse de energie modalităţi de producere a energiei”

Rezolvare.Puterea totală a frigiderului, a celor patru becuri de100Wşi a

monitorului care poate consuma 120W este de2000+400+120=2520W Aceasta înseamnă că energia consumată într-o secundă este de2520 J.Consumul total de energie în 24 de ore va fi:24h**3600secunde*2520J = 60480 J*3600=60480J*3600secunde

Aminteşte-ţi că 1kWh = 1000J*3600s.Deci în 24 de ore se vor consuma 60, 48kWh



Energie


LUCRĂRI DE CONTROL TRANSMISE TUTORELUI

LUCRAREA DE VERIFICARE NR.1

InstrucţiuniLucrarea de verificare , al cărei conţinut este prezentat mai

jos, vă solicită unele activităţi care necesită cunoaşterea şi însuşirea conceptelor din unitatea de învăţare 1.Răspunsurile la întrebări vor fi transmise prin poştă tutoreluipentru corectare şi eventuale comentarii. Pe prima pagină alucr ării se vor scrie următoarele informaţii : titlul acestuimodul (Energie, electrotehnică, electronică), numărul lucr ăriide verificare ( Nr.1) numele cursantului şi adresa.

Rezolvarea cu succes a acestei lucr ări vă poate ajuta să obţineţi 6 % din punctajul necesar absolvirii modulului.Vă recomand să scrieţi clar r ăspunsurile şi dacă este posibil,realizaţi o redactare computerizată. Pentru comentariiletutorelui, lăsaţi o margine de 5cm şi aceeaşi distanţă întrer ăspunsuri. Pentru securitatea lucr ării vă recomand să scrieţinumele cursantului pe fiecare pagină.

1.Realizaţi un referat despre energii regenerabile în care să prezentaţi:

a) corelarea dintre zonele de relief, climă, şi necesitatea şi

posibilităţile de folosire a surselor de energieregenerabilă. 40 PUNCTEb) O comparaţie între influenţa surselor de energie

regenerabilă şi a celor de energie chimică, electrică obţinută pe baza transformărilor din energie calorică, aenergiei nucleare asupra ecosistemului.

60 PUNCTE

Vă veţi documenta suplimentar folosind reviste despecialitate, explorare internet, bibliografia indicată pentruacest capitol.

Vă recomand pentru r ăspuns, să vă limitaţi la 5 pagini formatA4.



Energie


Bibliografie1. Victor Mercea ,Lucian Groşanu, Crişan

Mircioiu,Gheorghe Văsaru, Investigaţii în domeniulenergiei, Editura Dacia,1982;

2. Politici energetice ale României OECD, 1994, pag 3.

3. Marc Uleriu revista Descoper ă, Nr.15/2004, pag.32-33

4. Marc Uleriu şi alţii, revista Descoper ă, Nr.16/2004 pag.8

5. Teodor Niţu, Revista Ştiinţa pentru toţi, nr. 18,2004, pag.32- 39.

6. Eugenia Isaac, Manual de măsur ări electrice şielectronice,clas a X-a. a XI-a, a XII-a Editura didactică şipedagogică, 1996, pag. 70- 73.

7. Ilena Piţurescu, Carmen Gheaţă, Liliana Lakatoş, EugenLakatoş, Surse regenerabile de energie –energia solar ă Editura Elisavaros, Bucureşti 2002, pag.10 - 15



Materiale eletronice şi electrotehnice


UNITATEA DE ÎNVĂŢARE NR. 2MATERIALE ELECTRONICE ŞI ELECTROTEHNICE

Capitol Pagina


2.1. Introducere 15

2.2. Materiale metalice 17

2.3. Materiale conductoare 21

2.4. Materiale semiconductoare 40

2.5. Materiale electroizolante 45

2.6. Materiale magnetice 62Răspunsuri şi comentarii la întrebările din testele de autoevaluare 67


Bibliografia 70

OBIECTIVE:

- după parcurgerea acestui capitol, vei fi capabil să identifici materialele folosite în electronic ă şi electrotehnic ă - vei fi capabil să recunoşti materialele folosite înelectronic ă şi electrotehnic ă după propriet ăţ ile fizice.- vei putea să faci conexiuni între propriet ăţ ile fiziceşi chimice ale materialelor, propriet ăţ ile tehnologiceşi domeniile de utilizare- vei putea să alegi materialele în func ţ ie de domeniul de utilizare

- vei folosi materiale electronice şi electrotehnice potrivit unui scop dat.





2.1. INTRODUCERE

Filosoful grec Leucippus din Grecia Antică a fost prima persoană care acrezut că materia este alcătuită din atomi. Cuvântul atom înseamnă înlimba greacă indivizibil.

Democritus, un alt filosof grec a fost de acord cu ceea ce a spus.Leucippus şi a emis ideea că atomii sunt diferiţi între ei ca mărime şiformă şi de aceea, substanţele sunt diferite între ele.

În 1897 Sir Joseph John Thomson a dezvoltat un model al atomului încare un număr de electroni încărcaţi cu sarcini electrice negative, sunt înglobate într-o sfer ă cu sarcini electrice pozitive , cele două tipuri desarcini electrice neutralizându-se una pe cealaltă.

Rutherford a anunţat in 1915, în urma unor cercetări, versiunea sa cuprivire la structura atomului: un nucleu foarte mic şi un înveliş deelectroni care gravitează în jurul său – modelul planetar al lui Rutherford.

In 1913 Bohr a produs un model al atomului în care electronii aflaţi peorbite staţionare, emit radiaţii numai când sar de pe o orbită pe alta saude pe un nivel energetic pa altul.

Erwin Schrondinger, în baza ecuaţiei care descrie natura cuantică aparticulelor, a abandonat ideea existenţei unor orbite precise pe care segăsesc electronii şi le-a înlocuit cu zone din jurul nucleului, pe care le-anumit niveluri orbitale unde e foarte probabil să existe electroni. Acestaeste modelul atomic folosit în zilele noastre.





Atom = cea mai mic ă particul ă a unui element chimic care mai păstreaz ă însuşirile chimice ale acestuia.

Electron = o particul ă elementar ă înc ărcat ă cu o sarcină electric ă negativ ă de 1,6 •10 -19 Coulombi.

Să privim cu atenţie tabelul periodic al elementelor. El este alcătuit dinşapte perioade numerotate în ordine crescătoare, în cifre arabe, începând din partea de sus. O perioadă este o linie orizontală a tabelului.Numărul perioadei corespunde numărului de straturi electronice pe care

le posedă elementele din acea perioadă. Fiecare element este unconstituent al materiei, al mediului înconjur ător. Un element este de faptun atom.

Cu ajutorul tabelului periodic al elementelor este posibilă determinareaproprietăţile electrice .Din acest punct de vedere, elementele se clasifică în metaloizi, nemetale şi metale.Metaloizii În partea dreaptă a tabelului se află de fiecare parte a unei linii în scar ă nemetalele. Printre acestea se află borul- B, carbonul- C, siliciul –Si,germaniul –Ge, Arseniul – As, teluriu –Te, bismut – Bi, poloniu –Po.

Toate aceste elemente, numite adesea semiconductoare, auconductibilitatea electrică intermediar ă , situată între cea a metalelor şicea a nemetalelor sau izolanţilor.Nemetalele (Izolanţi)Toate elementele care se găsesc la dreapta metaloidelor sasemiconductoarelor au o conductibilitate electrică foarte slabă, oconductibilitate termică slabă, nu au luciu. Ele nu pot fi prelucrate, nu potfi trase în fire sau foi subţiri.MetaleleToate elementele care nu sunt nici metaloide nici izolanţi sunt metale.Ele constituie deci majoritatea elementelor tabelului periodic. Metalele

sunt bune conducătoare din punct de vedere electric şi termic. Au luciu,pot fi prelucrabile. Mai mult, ele reacţionează adesea cu acizii. Deremarcat că toate, cu excepţia mercurului, sunt solide la temperaturaambiantă.

DIC IONAR





2.2. MATERIALE METALICE

Materialele metalice sunt cele mai folosite la realizarea obiectelor.

Adesea se folosesc însă aliajele lor.

Defini ţ ii

Metal pur = este metalul care nu conţine impurităţi cu alte cuvinte,cuprinde în procent de 100% o singur ă specie de metal. Acesta estecazul ideal. Se pot atinge purităţi în propor ţie de 99,9% pentru nichel,99,99%pentru cupru şi 99,998%pentru aluminiu.

Aliaj = este un amestec omogen de mai multe metale obţinut latemperatura de topire

Cazul metalelor pureStarea solidă este în general reprezentată prin particule ordonate în aşafel încât formează o reţea cristalină. În cazul metalelor, particuleleconstituente sunt atomii. Atomii diferitelor metale pure nu au aceleaşicaracteristici. Ei au mase şi dimensiuni diferite. Ţinând cont de diametrul,de masa şi de dispoziţia atomilor care compun diferite metale, se poateexplica de ce densitatea diferitelor dintre metale nu este aceeaşi.Dispoziţia atomilor în reţeaua cristalină nu este aceeaşi pentru toatemetalele. În cazul fierului de exemplu, atomii sunt situaţi în colţurile şi încentrul cubului care se obţine dacă unim cu o linie punctată centrelefiecărui atom. La cupru şi aluminiu atomii se găsesc în centrul feţelor şi

în centrul cubului care se obţine prin unirea centrelor atomilor.

LegendaMetaleNemetale Izolatoare





Modelul atomului lui Schrodinger ne permite să înţelegemconductivitatea metalelor. În metal, fiecare atom are electroni mai slablegaţi de nucleu decât alţii .Aceştia pot trece de la un atom la altul; aceştielectroni se numesc electroni liberi sau de conducţie. Dacă un conductor metalic nu a fost supus unui câmp electric , electronii de conduc ţie au omişcare dezordonată, ei se deplasează în toate sensurile ca în figuraalăturată.

Dacă conductorul se află într-un câmp electric determinat de o sursă detensiune electrică electronii se vor deplasa către borna pozitivă ageneratorului.

Electronii se deplasează în metal cu o viteză de câţiva milimetri pe minutdar toţi se pun in mişcare aproape instantaneu. Rezistenţa electrică esteproprietatea materialelor de a se opune trecerii curentului electricRezistivitatea unui material este o mărime electrică egală cu rezistenţaelectrică pe care o opune la trecerea curentului electric un conductor dinacel material, cu lungimea de 1m şi aria secţiunii transversale princonductor, de 1 mm2. Rezistivitatea se notează cu ρ şi este dependentă de natura materialului.

Conductivitatea electrică este proprietatea materialelor de a conducecurentul electric şi este egală cu inversul rezistivităţii electrice. Se

notează cu γ = ρ

1.

.

R =S

l ρ ⇒

l

S R= ρ [ Ω

m

mm2

]

Materiale bune conductoare de curent electric; au rezistivitatea cea

mai mică, cuprinsă între 10-2 şi 10 Ωm

mm2

. Materialele bune conductoare

sunt metalele şi aliajele lor. Conductibilitatea lor este determinată defaptul că au cel mult trei electroni pe stratul de valenţă, care se potdesprinde uşor din sfera de atracţie a nucleului f ăr ă un aport de energie

+++

+ +

Rezistenţ a electric ă este o proprietate a conductorului care depinde

de dimensiunile acestuia (sec ţ iunea transversal ă S şi lungime l ) şi de natura materialului din care este construit (rezistivitate).





din exterior. Sub influenţa unui câmp exterior, aceşti electroni devinelectroni de conducţie, formând curentul electric. În deplasarea lor,electronii se ciocnesc de atomii metalului, descriind un drum complicat şideplasându-se cu viteză relativ mică. Cu cât numărul de ciocniri este maimare, cu atât viteza de deplasare a electronilor este mai mică.Ca urmare a ciocnirilor dintre electroni şi atomii metalului, electroniicedează o parte din energia lor cinetică, energie care se transformă încăldur ă. Astfel se explic ă înc ălzirea metalelor str ăbătute de curent electric.

Creşterea temperaturii unui conductor metalice conduce la creştereaagitaţiei termice, deci a numărului de ciocniri şi deci a creşteriirezistivităţii electrice.

Dacă se consider ă că la temperatura θ1 rezistivitatea materialului este ρ1iar la temperatura θ2 rezistivitatea materialului este ρ2, se defineşte

coeficientul de variaţie a rezistivităţii cu temperatura α=)( 121

12

θ θ ρ

ρ ρ

−

−,

unde 2 ρ - 1 reprezintă creşterea rezistivităţii în intervalul de

temperatur ă 12 θ θ − ;1

12

ρ

ρ ρ −reprezintă creşterea relativă a rezistivităţii în

intervalul de temperatur ă 12 θ θ − ;coeficientul de temperatur ă, α, reprezintă creşterea relativă a rezistivităţii pentru creşterea temperaturii cu un grad

Celsius sau un Kelvin. Valoarea acestuia este întotdeauna mai maredecât zero pentru metale. Unitatea de măsur ă pentru coeficientul de

variaţie a rezistivităţii cu temperatur ă esteC

10

sau 0C-1

1.La temperatura de 20

0

C,rezistivitatea cuprului este de ρ = 0,01724Ωmm2 /m. a). Exprimă rezistivitatea cuprului în Ωm; b).Calculează conductivitatea cuprului.

Rezolvare

a) ρ = 0,01724Ω*10-3 m*10-3 m /m =0,01724*10-6Ωm.

b) γ = ρ

1=

mmm

201724,0

1

Ω

=261001724,0

1

m

m

Ω∗ −=1724

1011

Ω-1m-1= 5,8*107 Ω-

1

m-1

APLICA II

Rezistivitatea se manifest ă prin numărul de ciocniri aleelectronilor de conduc ţ ie cu atomii reţ elei cristaline a metalului.





2. Calculează conductivitatea aluminiului, ştiind că rezistivitatea lui latemperatura de 200 C este de 0,027Ωmm2/m şi comparaţi conductivităţilecuprului şi aluminiului.

Rezolvare:

γ= ρ

1=

mmm

2027,0

1

Ω

=2610027,0

1

m

m

Ω∗ −= m

19

27

10 −Ω =3,7*107 Ω-1 m

Conductivitatea cuprului este mai mare decât a aluminiului.


1.Calculează rezistenţa electrică a unui conductor confecţionat din cupru,cu lungimea de 1000 m, suprafaţa secţiunii transversale de 1mm 2 .Rezistivitatea cuprului este de 0,01724 10-6 Ωm.

2.Citeşte afirmaţiile de mai jos şi notează în dreptul lor litera (A) dacă apreciezi că afirmaţia este corectă şi litera (F) dacă apreciezi că afirmaţiaeste falsă:

a)Rezistivitatea electrică depinde de natura materialului.b)Rezistenţa electrică a unui conductor electric nu depinde de suprafaţaconductorului şi de rezistivitate.c) Rezistivitatea electrică se măsoar ă în Ωm, Ωmm2/md)Rezistivitatea electrică depinde de temperatura mediului ambiant.e)Sub influenţa unui câmp electric exterior, electronii de valenţă devinelectroni de conducţie

Rezolvarea o vei realiza în spaţiul liber din casetă.Verificarea corectitudinii rezolv

ării o po

ţi face consultând

r ăspunsurile şi comentariile de la pagina 67





Fizicianul german Georg Simon Ohm s-a născut la Erlangen, Bavaria la16 marie 1787. El a constatat că intensitatea curentului care str ăbate unfir conductor este propor ţională cu suprafaţa secţiunii şi inverspropor ţională cu lungimea firului. A descoperit de asemenea legea care îipoartă numele: Intensitatea curentului electric este direct propor ţională cu tensiunea aplicată la capetele conductorului.

2.3. MATERIALE CONDUCTOAREMaterialele conductoare sunt metalele şi aliajele lor.Metalele sunt elemente chimice electropozitive, caracterizate printr-unansamblu de proprietăţi fizice şi chimice bine definite (luciu metalic,opacitate, conductibilitate termică şi electrică, maleabilitate şi ductilitate),prin care se deosebesc de alte substanţe (nemetale sau alte combinaţii).

Electropozitivitate = proprietatea elementelor de a ceda electroni şi dea forma ioni pozitivi.Electronegativitate = proprietatea elementelor de a accepta electroni şide a forma ioni negativi.Electron =2. Aliaj uşor, care conţine 90% magneziu, 5% aluminiu, 4,5%cupru, 0,5% zinc, folosit în aeronautică datorită densităţii sale mici.Metalele se găsesc în natur ă sub formă de minerale.

Mineral = combinaţii chimice, respectiv oxizi, sulfuri, sulfaţi, carbonaţisilicaţi ai metalelor.Minereu = mineral + roci.

Metalurgie = domeniu al ştiinţei şi tehnicii care se ocupă cu proceselede extracţie şi fabricare a tuturor elementelor metalice.Metalografie = ramur ă a metalurgiei care studiază structura metalelor şi aaliajelor.Zăcământ = acumulare naturală de substanţe naturale utile.

Aliajul este un amestec omogen format prin topirea a două sau mai multe metale.

2.3.1. Proprietăţile fizice ale metalelor

Starea de agregare: La temperatur ă obişnuită, metalele sunt solide, cuexcep

ţia mercurului, care este lichid.

Luciul metalic este proprietatea metalelor şi aliajelor de a reflecta razelede lumină care cad pe suprafaţa lor. Luciul metalic se poate accentuaprin lustruire sau poate dispărea datorită unor reacţii de oxidare; facexcepţie metalele nobile şi aliajele inoxidabile.Opacitatea metalelor este o consecinţă a electronilor liberi ai metalelor:undele luminoase întâlnesc în drumul lor electroni liberi şi seamortizează, nemaiputându-se propaga, iar energia luminoasă estetransformată în căldur ă.Densitatea d, este masa pe care o are unitatea de volum a corpului,ceea ce reprezintă un corp cu un volum de 1m3, a cărui masă este de 1

kg. Densitatea metalelor creşte în general cu masa atomică, scade însă cu creşterea volumului atomic. Densitatea metalelor scade o dată cu

DIC Ţ IONAR





creşterea temperaturii ceea ce a ajutat la determinarea coeficientului dedilatare.După această proprietate, metalele se pot grupa în metale grele şimetale uşoare.Fuzibilitatea este proprietatea metalelor de a trece din starea solidă înstarea lichidă (de a se topi) sub influenţa căldurii. Temperatura la careare loc topirea metalului se numeşte punct de topire. Unitatea de măsur ă pentru temperatur ă este Kelvinul [k], dar ca unitate tolerată, este largr ăspândit gradul Celsius [0C]. Există metale greu fuzibile şi metale uşor fuzibile. Această proprietate este folosită la realizarea diferitelor componente electrice: siguranţe fuzibile sau filamente pentru becuri.Dilatarea termică = modificarea dimensiunii metalelor şi aliajelor subacţiunea căldurii.Dilatarea liniar ă este caracterizată de coeficientul de dilatare liniar ă, carearată cu cât creşte în lungime unitatea de lungime dintr-un corp, cândtemperatura creşte cu unitatea de temperatur ă. Se notează cu α şi se

exprimă înC10 .

Dilatarea de volum este caracterizată de coeficientul de dilatare învolum, care este de trei ori mai mare decât cel de dilatare liniar ă. Senotează cu β=3α.Variaţia coeficientului de dilatare este un factor de care se ţine seama înpractică (de exemplu la montarea şinelor de cale ferată, la montareablindajelor pe roţile vagoanelor de cale ferată, la montarea liniilor detransport a energiei electrice, de telecomunicaţii ).Conductibilitatea electrică este proprietatea metalelor de a conducecurentul electric. Mărimea care caracterizează conductibilitatea electrică

se numeşte conductivitate electrică,γ. Argintul este metalul cuconductivitatea electrică cea mai mare. Aliajele au o conductivitatediferită de cea a metalelor componente.Conductibilitatea termică este proprietatea metalelor de a fi buneconducătoare de căldur ă. Mărimea care caracterizează conductibilitateatermică se numeşte conductivitate termică, λ. Metalele cu cea mai bună conductivitate termică sunt: argintul, cuprul, aurul. Aliajele au oconductivitate termică diferită de cea a metalelor componenteMagnetismul – metalele se pot comporta în două moduri când suntintroduse în câmp magnetic neuniform: ele pot fi atrase spre regiunea deintensitate maxim

ăa for

ţelor câmpului magnetic – metalele sunt

paramagnetice, sau pot fi respinse în zona de intensitate minimă a for ţelor câmpului magnetic– metalele se numesc diamagnetice. Bismutul, staniul,plumbul, cuprul şi argintul sunt metale diamagnetice. Un caz particular deparamagnetism este feromagnetismul. Acesta se caracterizează prinfaptul că unele metale paramagnetice, introduse într-un câmp magnetic, potdezvolta ele însele un astfel de câmp, chiar după îndepărtarea câmpuluimagnetic exterior. Exemple de astfel de metale: fier, cobalt, nichel.





2.3.1. Proprietăţile mecanice ale metalelor şi ale aliajelor

Proprietăţile mecanice ale metalelor şi aliajelor reflectă modul în care secomportă acestea sub acţiunea unor for ţe exterioare.

Elasticitatea este proprietatea metalelor şi aliajelor de a-şi schimba

forma sub acţiunea unei for ţe exterioare şi de a reveni la forma iniţială după încetarea acţiunii for ţei exterioare.Deformarea unei bare metalice sub acţiunea for ţei de încovoiere:

Figura 1. Bar ă deformată elastic

Plasticitatea este proprietatea materialelor de a se deforma subacţiunea unei for ţe şi de a nu mai reveni la forma iniţială după încetareaacţiunii ei.

Figura 2. Bar ă deformată plastic

Plasticitatea metalelor creşte o dată cu creşterea temperaturii.Rezistenţa mecanică este proprietatea metalelor şi aliajelor de a seopune acţiunii for ţelor exterioare care tind să le deformeze. For ţeleexterioare pot determina solicitări simple: întindere, compresiune,forfecare, încovoiere, r ăsucire.Rezistenţa specifică la întindere sau compresiune reprezintă raportuldintre for ţa exterioar ă F, măsurată în newtoni, şi aria secţiunii piesei,perpendicular ă pe for ţă, măsurată în mm2.Rezistenţa la oboseală este proprietatea materialelor de a rezista lasolicitări repetate; o piesă poate să reziste la acţiunea unei for ţe careacţionează o singur ă dată şi lent, dar se rupe dacă asupra ei acţionează

o for ţă de aceeaşi valoare de un număr de ori succesiv.Rezilienţa este proprietatea metalelor şi aliajelor de a rezista la şocuri.Rezilienţa este mult influenţată de temperatur ă. La scădereatemperaturii, rezilienţa poate să scadă foarte mult. Din acest punct devedere, metalele pot fi grupate în metale fragile (care se sparg la şocurimici) şi metale tenace (care rezistă la şocuri puternice).Duritatea este proprietatea metalelor şi aliajelor de a se opunepătrunderii în masa lor a altor corpuri solide care tind să le deformezesuprafaţa.Duritatea se poate determina prin mai multe metode, cea mai cunoscută fiind metoda Brinell. Aceasta constă în apă- sarea unei bile de oţel pesuprafaţa metalului a cărui duritate se determină timp de 15 secunde.

a) înainte de deformare

F

b) în timpul deformării c) după deformare

F

a) înainte de deformare b) în timpul deformării c) după deformare





După îndepărtarea bilei, pe suprafaţa metalului r ămâne o calotă sferică ce se poate se măsura cu ajutorul unei lupe gradate. Cifra de duritate senotează cu HB şi poate fi luată din tabele special întocmite. Ea secalculează în funcţie de diametrul bilei, de diametrul amprentei şi demărimea for ţei care apasă asupra bilei. Duritatea metalelor şi aliaje lor scade o dată cu creşterea temperaturii.

Figura 3

2.3.2. Proprietăţile tehnologice ale metalelor Proprietăţile tehnologice ale metalelor stabilesc modul încare acestea pot fi prelucrate prin diverse procedee tehnologice.Proprietatea de turnare a unui metal sau aliaj constă încapacitatea sa de a fi turnat în forme, de a lua forma vasului în care afost turnat şi de a păstra forma respectivă după r ăcire f ăr ă ca aceasta să prezinte fisuri. Această proprietate are la bază proprietăţi fizice alemetalelor şi aliajelor fuzibilitatea şi fluiditatea. Cu cât fluiditatea unuimaterial este mai mare, cu atât golurile formelor de turnare sunt umplutemai bine.Forjabilitatea este proprietatea metalelor şi aliajelor de a se deformaplastic, la cald sau la rece, prin lovire sau presare, f ăr ă ca forma astfelobţinută să prezinte fisuri.Maleabilitatea este proprietatea metalelor şi aliajelor de a fi trase în foisubţiri. Cel mai maleabil metal este aurul, urmat de argint, plumb şistaniu. Procesul tehnologic prin care se obţin foi se numeşte laminare.Ductilitatea este proprietatea metalelor si aliajelor de a fi trase în firefoarte subţiri. Aurul este cel mai ductil metal, urmat de argint şi de cupru. Procesultehnologic prin care se obţin fire se numeşte trefilare.Sudabilitatea este proprietatea metalelor si aliajelor de a permite îmbinarea lor prin încălzire cu sau f ăr ă adaos de metal.Prelucrabilitatea este proprietatea metalelor şi aliajelor de a permiteprelucrarea prin aşchiere (strunjire, frezare, găurire, rabotare etc.)

F






3.Ce fel de deformare sufer ă materialul în urma trefilării? Dar în urmalaminării?

4.Pe ce proprietate mecanică a metalelor se bazează prelucr ările prinforjare, laminare, trefilare?

5.Denumeşte proprietatea metalelor potrivit căreia acestea se opunpătrunderii în masa lor a unor corpuri solide care tind să le

deformeze.6. În coloana din stânga sunt enumerate proprietăţi fizice şi mecaniceale metalelor, iar în coloana din dreapta, proprietăţile tehnologice.Trasaţi o săgeată între proprietăţile fizice sau/şi mecanice şi celetehnologice pe care le influenţează.

Luciu metalic SudabilitateaOpacitatea MaleabilitateaPlasticitatea ForjabilitateaDensitatea Turnarea

Fuzibilitatea DuctibilitateaFluiditatea PrelucrabilitateaDilatareaDuritateaElasticitateaRezistenţa mecanică Conductibilitatea termică

Rezolvarea o vei realiza în spaţiul liber din casetă.Verificarea corectitudinii rezolvării o poţi face cosultândr ăs unsurile i comentariile de la a ina 73.





2.3.3. Materiale conductoare de înaltă conductivitate electrică Din grupa materialelor de înaltă conductivitate electrică fac partemetalele care sunt folosite la realizarea conductoarelor de bobinaj, aliniilor de transport al energiei electrice şi a contactelor electrice.Pierderile de putere, respectiv puterea electrică transformată încăldur ă este propor ţională cu rezistenţa conductorului electric, iar aceasta, la rândul său, cu rezistivitatea electrică. Din această grupă facparte cuprul, aluminiul şi fierul, ale căror proprietăţi sunt prezentate întabelul nr.1

Tabelul nr.1

Simbol Cu Al Fe

Starenaturală

Calcopirită, cuprit,calcozina, malachit

Feldspat, corindon,bauxită, criolit

Magnetit, hematit,limonit, siderit, pirită

Proprietăţifizice

Culoare Roşiatic Alb-argintiu Cenuşiu-albăstruieDensitate D = 8,9 Kg/dm3 D = 2, 70 Kg/ dm3 D = 7,8 Kg/dm3 Temperaturade topire θ = 1083 0C θ = 658 0C θ = 1,533 0C

Rezistivitateelectrică

ρ = 0,01724 Ωmm2/m(la 20 0C)

ρ = 0,027 Ωmm2/m(la 20 0C)

ρ = 0, 105 Ωmm2/m(la 20 0C)

Proprietăţichimice

Se dizolvă în acidsulfuric şi acid azotic.Cuprul este atacat desulf, clor, hidrogen, încontact cu care capătă

boala hidrogenului,care îi provoacă fragilitate.

În atmosfer ă uscată seacoper ă cu o peliculă de oxidde aluminiu, în atmosfer ă umedă, datorită potenţialuluisău electrochimic foarte

negativ (-1,3 V), aluminiuleste distrus în contact cumetalele tehnice obişnuite.

În aer umed rugineşte,trecând în oxid de fier şiapă. Nu reacţionează cuoxigenul uscat latemperatura obişnuită.

Reacţionează cu aciziidiluaţi. La cald,reacţionează cuhalogenii şi sulful,

Proprietăţimecanice

Depind de tratamentultermic. Cuprul tare(dur) are o rezistenţă mecanică mare şi oalungire mică la întindere. Cuprul moale,cu rezistenţamecanică mică şi

alungire mare la întindere.

Aluminiul nu rezistă la vibraţiimecanice. Are rezistenţă mică laoboseală şi elasticitateridicată.

Rezistenţa mecanică bună.

Proprietăţitehnologice

Este ductil, maleabil şisudabil.

Este ductil, maleabil şiprelucrabil prin aşchiere.

Ductil, maleabil, sudabil,forjabil

Aliaje Alamă şi bronzDuraluminiu, silumin, Al-Mn, Al-Mn-Si.

FontaOţelul

Utilizări

În industriaelectrotehnică seutilizează exclusivcuprul electrolitic,având o puritate de

99, 60 - 99,90%

Armături pentrucondensatoare, mantale deprotecţie a cablurilor electrice, înf ăşur ări de transformator şimaşini electrice; conductoareşi cabluri de transport alenergiei electrice.

Linii electrice detelecomunicaţiiLinii electrice dealimentare cu energieelectrică





2.3.4. Aliajele cuprului

ALAMA

Compoziţie: cupru (50 – 60%) + zinc + alte substanţe.

Proprietăţi chimice: sunt rezistente la coroziune.

Proprietăţi tehnologice: alama este ductilă, maleabilă, forjabilă la cald şila rece.Influenţa unor metale asupra proprietăţilor alamelor: Aluminiul măreşte rezistenţa la coroziune, duritatea şi rezistenţa latracţiune;Siliciul măreşte rezistenta la coroziune şi menţine curate suprafeţelepieselor din alamă turnată.Staniul măreşte rezistenţa la coroziune în apa de mare.Fierul îmbunătăţeşte proprietăţile mecanice, dar în procent mai mare de1,5% micşorează rezistenţa la coroziune.Manganul măreşte rezistenţa la coroziune şi îmbunătăţeştecaracteristicile mecanice.Plumbul favorizează prelucrarea metalului prin aşchiere, dar înr ăutăţeştesudabilitatea aliajului.Fosforul măreşte capacitatea de turnare, dar scade conductibilitateaelectrică.Zincul măreşte rezistenţa mecanică şi plasticitatea aliajului.BRONZULBronz obişnuit = aliaj al cuprului cu staniuBronz special = aliaj al cuprului cu alte metale: aluminiu, cadmiu, beriliu,crom, plumb, argint, mangan, zirconiu.

Proprietăţi chimice: rezistenţa mare la coroziune.Proprietăţi mecanice: duritate şi elasticitate foarte bune.Bronzul obişnuit conţine 14% staniu, datorită căruia aliajul are o mareelasticitate, rezistenţa deosebită la uzur ă mecanică şi coroziune însă îiscade conductivitatea electrică. Simbolul bronzului obişnuit este Bzurmat de cifra care indică conţinutul de staniu (Bz 10 înseamnă bronz cu10% staniu). Utilizare: realizarea de membrane, bucşe, arcuri.Bronzul cu aluminiu conţine până la 10% aluminiu şi, spre deosebirede bronzul obişnuit, are de două ori mai mare rezistenţa de rupere latracţiune; de asemenea, acest aliaj are o rezistenţă deosebită lacoroziune. Simbolul

utilizat este BzAl, urmat de o cifr ă care indică conţinutul de aluminiu.Utilizare: pentru realizarea pieselor supuse uzurii mecanice (bucşe,lagăre )Bronzul cu beriliu are în componenţa sa între 2 şi 2,5% beriliu, elementce îmbunătăţeşte caracteristicile mecanice, f ăr ă a scădea în modsemnificativ conductivitatea electrică.Tratat termic, acest aliaj dobândeşte proprietăţi asemănătoare oţelurilor de arcuri; astfel, până la temperatura de 250 0C bronzul cu beriliu secomportă bine, având o mare rezistenta la oboseală. Când conţine şinichel, bronzul cu beriliu prezintă o rezistenţă mai mare la temperaturiridicate, rezistenţa la uzur ă şi elasticitate dublă faţă de cea a bronzului

cupru-beriliu. Totodată, bronzul cupru-beriliu-nichel este feromagnetic.Utilizare: pentru realizarea arcurilor conductoare de curent electric, a





contactelor de prize, a portperiilor, cuţitelor de întreruptoare, a pieselor de ceasornicărie etc.Bronzul cu cadmiu are un conţinut de cadmiu de 0,9%, ceea ce îiconfer ă o rezistenţă de rupere la tracţiune aproximativ de două ori maimare decât cea a cuprului tare, f ăr ă să prezinte o scădere semnificativă a conductivităţii electrice. Utilizare: realizarea conductoarelor, a liniilor electrice aeriene, a liniilor de troleibuz, a electrozilor pentru sudur ă şi acontactelor întreruptoarelor.Bronzul cu crom are în componenţa sa între 0,3 si 1,5% crom, iar conductivitatea electrică ajunge până la 80% din cea a cuprului. Acestaliaj î şi păstrează proprietăţile mecanice până la temperatura de400 0C. Utilizare: pentru conductoarele liniilor aeriene, pentru realizareaelectrozilor de sudur ă, în tehnica nuclear ă etc.Bronzul cu argint conţine argint până la 0,1%. Acest aliaj prezintă oduritate mare care se păstrează până la temperatura de 300 0C.Utilizare: pentru realizarea lamelelor de colector ale maşinilor electrice cu

regimuri grele de funcţionare (maşini de tracţiune, maşini destinatefuncţionării în mediul tropical etc.).Bronzul cu mangan este un aliaj ale cărui proprietăţi se menţin şi latemperaturi ridicate. Utilizare: pentru produse laminate şi turnate.Bronzul cu zirconiu conţine între 0,1 şi 0,2% zirconiu. Este un aliajrezistent la vibraţii puternice şi î şi păstrează caracteristicile până latemperatura de 290 0C. Utilizare: pentru fabricarea inelelor de contact lamaşinile electrice.2.3.5. Aliajele aluminiului În scopul măririi rezistenţei mecanice a aluminiului, se realizează aliajecu rezistenţa mecanică ridicată şi conductivitate electrică suficient de

mare. Se cunosc astfel o serie de aliaje ca: aluminiu-siciliu, aluminiu-cupru, aluminiu-magneziu, aluminiu- mangan, aluminiu-nichel, aluminiu-beriliu. Aliajele de aluminiu înlocuiesc cuprul, care este un element deficitar, larealizarea conductoarelor liniilor electrice aeriene de înaltă tensiune şi acablurilor de înaltă şi joasă tensiune.Există o largă varietate de aliaje de turnare şi aliaje laminabile alealuminiului.Aliajul duraluminiuCompoziţie: 4% cupru, 0,5% mangan, 0,5% magneziu şi 95% aluminiu. Acest aliaj are caracteristici mecanice superioare aluminiului, însă o

rezistenţă slabă la coroziune, motiv pentru care aliajul se acoper ă cu unstrat protector de aluminiu pur.SiluminCompoziţie: 13,5% siliciu, restul aluminiu.Siluminiul are rezistenţă la coroziune superioar ă aluminiului, are fluiditatemare, permiţând o turnare de calitate a pieselor.El este utilizat pentru turnarea de carcase, şasiuri sau diverse piese cuforme complicate şi pereţi subţiri.Aliajul aluminiu-magneziu-siliciu este cunoscut sub denumireacomercială: aldrei, alduro, almelcCompoziţie: 0,7% magneziu, 0,6% siliciu, 0,25% fier, restul aluminiu.





Acest aliaj este caracterizat prin rezistenţă mecanică mare latracţiune, ceea ce îl face utilizabil la realizarea liniilor electrice aeriene.Aliajul aluminiu-mangan este utilizat prin realizarea prin turnare acoliviilor rotoarelor în scurtcircuit ale motoarelor electrice asincron

Malachit Bauxita Hematit


7.Defineşte aliajul şi precizează pe ce proprietăţi fizice ale metalelor sebazează obţinerea lui.

8.Enumer ă metalele care măresc rezistenţa la coroziune a aliajelor

9. Enumer ă metalele care măresc rezistenţa mecanică a alamei şi abronzului.

10. Enumer ă avantajele şi dezavantajele folosirii fierului în aliaje.

11. Selectează metalele şi aliajele folosite la realizarea conductoarelor electrice.

12. Selectează metalele şi aliajele folosite la realizarea componentelor pentru maşini electrice

Rezolvarea o vei realiza în spaţiul liber din casetă.Verificarea corectitudinii rezolvării o poţi face consultândr ăspunsurile şi comentariile de la pagina 67





2.3.6. Metale preţioase: aur, argint, platină Se consider ă că în clasa metalelor preţioase sunt incluse acele metalecare nu se oxidează în aer şi care prezintă o mare rezistenţă la acţiuneaacizilor. Datorită faptului că acţionează foarte greu cu acizii şi aupotenţiale de oxidare foarte scăzute, se găsesc în stare nativă în scoar ţapământului. De aceea se mai numesc şi metale nobile. Metale nobile:aur, argint, platină, paladiu, asniu, rutiniu, rhodiu, iridiu. Aceste metale semai numesc şi platinice, pentru că se găsesc în scoar ţa terestr ă în starenativă, sub forma unui aliaj pe bază de platină.Proprietăţile fizice, chimice şi tehnologice ale metalelor nobile suntprezentate în tabelul nr. 2.

Tabelul nr. 2

Simbol Au Ag Pt

Stare naturală Aur nativ sau telururi(combinaţii cu alte

elemente)

Argentita, galeneargentifere

Nisipurile aurifereconţin platină.

Proprietăţi fiziceCuloare Galben str ălucitor alb Alb-argintiu

DensitateD = 19, 32 Kg/dm3

d = 10, 5 Kg/dm3 d = 21,45 Kg/dm3

Rezistivitatea 0,022 Ωmm2 /m 0,016Ωmm2 /m 0,098 Ωmm2 /m

Temperatura de

topire

θ = 1063 0C θ = 961 0C θ = 1770 0C


E puţin reactiv dinpunct de vedere chimic. Este atacat deapa regală şi de apade clor.

Are reactivitate scăzută şinu este atacat de oxigenuldin aer. Are o afinitatemare pentru sulf.

Este cel mai stabil dinpunct de vederechimic.


Moale (duritate mică) Moale; rezistenţă mecanică mică

Are duritate mică


Maleabil, ductil Ductil, maleabil Ductil, maleabil

Aliaje Aur-argint-cupru, aur-nichel, aur-cobalt, aur-platină.

Argint dur Cu iridiu, ruteniu,wolfram, nichel.

Utilizări

Aliajele sunt folosite lacontactele electrice laaparatele de precizie;

la acoperireaconectoarelor.

Armături de condensatoare, conductoare pentrucurenţi de înaltă frecvenţă, fuzibile pentru sigu-ranţe, fire de suspensiepentru aparate de măsur ă.

Din platină se execută electrozi pentru termo-cupluri, rezistenţepentru cuptoareelectrice în industriachimică, datorită stabilităţii chimice





2.3.7. Metale uşor fuzibile

Sunt metalele care au temperatura de topire foarte scăzută.Din această categorie fac parte staniul, plumbul, zincul, prezentate întabelul nr. 3.

Tabelul nr. 3Simbol Sn Pb Zn

Starenaturală

Mineral – pirita destaniu

Minereu - galena Minerale–blendaCalamina, zincit

Proprietăţifizice

Culoare Alb-argintiu Cenuşiu str ălucitor Alb-argintiuDensitate D = 7,30 Kg/dm3 D = 11,3 Kg/dm3 D = 7,13 Kg/dm3 Temperatur a de topire θ = 232 0C θ = 327 0C θ = 419 0C

Rezistivitate electrică

ρ = 0,12 Ωmm2/m(la 20 0C)

ρ = 0,21 Ωmm2/m(la 20 0C)

ρ = 0,06 Ωmm2/ m(la 20 0C)


Staniul în aer seoxidează lent şinumai la suprafaţă,formând o peliculă foarte subţire, densă şi rezistentă, careprotejează metalulde oxidareulterioar ă.

Plumbul nu este atacat deacidul clorhidric, sulfuric,fosforic, dar se dizolvă uşor în acid azotic diluat şi în acid acetic diluat; nueste atacat de apă. În aer se acoper ă cu unstrat de oxid protector împotriva coroziunii

Zincul nu este atacatdeloc de apă.Se acoper ă cu un stratde oxid protector.


Moale, flexibil,rezistenţă mecanică scăzută

Moale. Rezistenţă scăzută la rupere şi la tracţiune şila vibraţii

Prezintă fragilitate latemperatura obişnuită.


Ductil şi maleabil. Ductil şi maleabil. Maleabil.

Utilizări

- acoperirea tablelor de oţel în scopulprotejării împotrivacoroziunii;

- pentru lipituri, înstare pur ă sau aliat;- confecţionareafuzibilelor siguranţelor;

- mantale de protecţiecontra pătrunderii umezeliişi la cabluri electrice;- fabricarea acumulatoare-

lor electrice cu plăci deplumb;- realizarea unor aliaje delipit;- ecrane de protecţiecontra razelor X- fabricarea celulelor electrice.

- zincarea tablelor şisârmelor de fier.





Casiterit Galena

Blenda


13.Ordonează metalele din tabelul nr. 3 în funcţie de temperatura de topire.Care este cel mai uşor fuzibil?

14. Încearcă să explici folosirea staniului la realizarea fuzibilelor de siguranţe.

15. Precizeză proprietatea tehnologică folosită la realizarea foiţelor de staniol.

16. Datorită cărei proprietăţi mecanice a plumbului, alamele sunt mai uşor prelucrabile prin aşchiere?

Rezolvarea o vei realiza în spaţiul liber din casetă.Verificarea corectitudinii rezolvării o poţi face consultând r ăspunsurile şi

comentariile de la pagina 74





LUCRĂRI DE LABORATORIDENTIFICAREA MATERIALELOR CONDUCTOARELOR ELECTRICE

Obiective:-identificarea metalelor utilizate la realizarea conductoarelor electrice-compararea materialelor din care se realizează conductoarele electrice.Materiale necesare: conductoare electrice confecţionate din cupru şialuminiu pentru consumatori casnici, cabluri de telecomunicaţii, cabluriTv, pentru instalaţii de iluminat, transformatoare, relee, bobine radio,conductoare de nichelină, cablaje imprimate simplu şi dublu placate.

a. cabluri pentru instalaţii electric b. cablu de alimentare GSM pentru automobilFigura 1

Modul de lucru.Observaţi şi analizaţi tipurile de conductoare din imagine. Comparaţi-ledin punct de vedere al proprietăţilor mecanice şi explicaţi cum

influenţează acestea domeniul de utilizare .Enumeraţi proprietăţile fizice ale metalelor şi aliajelor şi folosiţi-le pentruidentificarea tipurilor de conductoare pe care le aveţi la dispoziţiePrecizaţi şi definiţi proprietatea tehnologică pe care se bazează realizarea conductoarelor electrice.Observaţi cablajele imprimate.Ce metal este folosit la realizarea lor?Precizaţi şi definiţi proprietatea tehnologică a metalelor care este folosită la realizarea cablajelor imprimate.

Figura 2

Cablu de aluminiu corodat datorită acţiunii apeiComparaţi proprietăţile chimice ale cuprului şi aluminiului şi ar ătaţi care suntavantajele utilizării conductoarelor de cupru faţă de cele realizate din aluminiu.

APLICA II





STUDIUL MATERIALELOR CARE SE FOLOSESC LA RELIZAREACONTACTELOR Ş I A CONECTORILOR Obiectivele: Studiul din punct de vedere constructiv al contactelor şi aconectorilor.Materiale necesare:contacte electrice, ( de relee, de priză, de întrerupător, de transformator ) conectori multifilari, conectori pentrucalculator , etc.

contacte de demaror contacte de transformator Figura2.

Contactor

Modul de lucru

Observaţi imaginile de mai sus. ele reprezintă contacte electrice dindiferite aparate electrice. Identificaţi materialele din care suntconfecţionate având în vedere proprietăţile fizice ale acestora.Răspundeţi la următoarele întrebări.1.Enumeraţi metalele şi aliajele care sunt folosite la realizareacontactelor electrice .2.Enumeraţi proprietăţile chimice pe care trebuie să le aibă materialelepentru contacte electrice3. Enumeraţi proprietăţile mecanice pe care trebuie să le îndeplinească materialele pentru contacte electrice.4. Explicaţi de ce materialele pentru contacte electrice trebuie să fierezistente la coroziune.5.Explicaţi de ce materialele utilizate la realizarea contactelor electricetrebuie să aibă duritate mare şi elasticitate ridicată.6. Cum influenţează materialele pentru contacte preţul de cost alaparatelor electrice şi electronice?Realizaţi referatul lucr ării care va cuprinde pecizarea materialelor studiate conform tabelului de mai jos şi r ăspunsurile la întrebări.

Contactulelectric/conectorul

Materialul





REFERAT





2.3.8. Metale greu fuzibileSunt metalele care au temperatura de topire foarte ridicată.Din această categorie fac parte: wolfram, molibden, tantal, niobiu, caresunt prezentate în tabelul nr. 4.

Tabelul nr. 4.

Simbol W Mo Ta

Starenaturală

Minereuri – wolframita Mineral - molibdenit Mineral - tantalit

ProprietăţifiziceCuloare Alb-argintiu Alb-argintiu Alb-argintiuDensitate D = 19,25 Kg/dm3 D = 10,2 Kg/dm3 D = 16,6 Kg/dm3 Temperaturade topire

θ = 3 380 0C θ = 2 630 0C θ = 2 990 0C

Rezistivitateelectrică

0, 055 Ωmm2/m(la 20 0C)

0, 052 Ωmm2/m(la 20 0C)

0, 125 Ωmm2/m(la 20 0C)


Nu se oxidează latemperatur ă obişnuită.Prin încălzire secombină cu oxigenul,reacţionează cu vaporiide apă, halogenii,sulful. Reacţionează foarte încet cu aciziiminerali foarteconcentraţi.

Se oxidează la temperaturipeste 6000C. Încălzit, secombină cu oxigenul dinaer, reacţionează cu vaporiidin apă, cu halogenii, sulful.

Tantalul se oxidează latemperaturi de peste 6000C.

Proprietăţi

mecanice

Este dur, casant şi

greu prelucrabil.

Dur şi casant. Rezistenţă mecanică mare


Foarte maleabil printehnologii complicate

Maleabil, ductil Maleabil

AliajeOţeluri speciale Aliaje magnetice

Oţeluri speciale Aliaje magnetice

Utilizări

- filamentele lămpilor cu incandescenţă;- electrozi în tuburileelectronice;- electrozi pentrusudur ă;- contacte electrice;

- rezistenţe pentrucuptoare electrice;- termocupluri;component în aliajemagnetice

lămpi cu incandescenţă,pentru suportulfilamentelor;contacte electrice;rezistenţe pentru cuptoareelectrice de topire şitratamente termice;

electrozi de sudur ă;element de aliere înoţelurile speciale;component în aliajemagnetice.

- anod pentrucondensatoare- elemente de încălzire lacuptoarele electrice;- anod în tuburile electronicede emisie.





LUCRARE DE LABORATORObiective:-Identificarea materialelor din care sunt alcătuite becurile cuincandescenţă, bateriile de curent continuu, conductoare electrice.-Alegerea materialelor cele mai potrivite pentru acestea aşa încât să fieasigurate cât mai bine posibil condiţiile impuse .Cunoştinţe necesare:Proprietăţi fizice, electrice, tehnologice ale metalelor, aliajelor,materialelor electroizolante (sticla)Exerciţii de rezolvat:1.Alegeţi materialele optime pentru realizarea filamentului, supor ţilor de

filament, soclului şi balonului de sticlă, a lamelelor de contact pentrubaterie, a conductoarelor electrice pentru linii electrice exterioare şiinterioare, recipienţi de sticlă, de plastic. Citiţi cu atenţie proprietăţileimpuse în prima coloană, căutaţi în tabelele din curs şi notaţi materialulpe care îl consideraţi potrivit, Notaţi proprietăţile pe care le are în cea dea doua coloană.Observaţi becurile pe care le aveţi la dispoziţie.

Filamentul unui bec cu incandescenţă încălzit Simbol

Un filament pentru lampă incandescent ă

Proprietăţi impuse Metalul / aliajulConductibilitate electrică bună Temperatur ă de topire foarte ridicată maimare de 30000 C pentru că trebuie să suporte o temperatur ă atât de mare încâtsă poată emite o “lumină albă”.Posibilitatea de a fi tras în fire foartesubţiri – ductile.

APLICAŢII





Supor ţ i pentru filamentul becurilor cu incandescenţă

Proprietăţi impuse Metalul /aliajulConductibilitate electrică bună Temperatur ă de topire foarte ridicată mai mare de 30000 C pentru că trebuie

să suporte o temperatur ă foarte marela care se încălzeşte filamentul cu carevine în contact.Posibilitatea de a fi tras în fire foartesubţiri

Lamelele de contact ale unei baterii

Proprietăţi impuse Metalul / aliajulConductibilitate electrică bună Elasticitate pentru obţinerea unui bun

contact cu conductoareleRezistenţă la coroziune

Linii aeriene de înalt ă tensiune

Proprietăţi impuse Metalul/metalele/aliajele

Conductibilitate electrică bună Masă mică Rezistenţa la coroziune

Baloane pentru becuri

Proprietăţi impuse Tipul de sticlă Să suporte temperaturi ridicateSă fie transparentă la radiaţiiultravioleteSă aibă un coeficient de dilatare cât maiapropiat de cel al metalului cu care se îmbină.

2.3.9. Aliaje pentru conductoare de înaltă rezistivitate

Aceste aliaje sunt utilizate pentru realizarea rezistoarelor de precizie, arezistoarelor-etalon, a rezistoarelor pentru încălzire electrică şi arezistoarelor pentru pornire şi reglare a turaţiei motoarelor electrice.Pentru rezistoarele enumerate este necesar ă o rezistivitate ridicată pentru a se obţine rezistenţe electrice mari într-un volum mic; deasemenea este necesar ă o variaţie cât mai mică a rezistivităţii electricecu temperatura: α = 10-4…10-6 C-1 pentru ca valoarea rezistenţei electricesă fie cât mai constantă. Aceste rezistoare trebuie să suportetemperatura de funcţionare f ăr ă ca la r ăcire să-şi modifice proprietăţilemecanice.





2.3.10. Aliaje pentru rezistoare-etalon şi de precizie

♦ Manganină Compoziţie: 85% cupru, 12% mangan, 3% nichel sau aluminiu.Rezistivitatea ρ = 0,43 Ωmm2/mCoeficientul de variaţie a rezistivităţii cu temperatura α = 10-5C-1

Proprietăţi tehnologice: ductilă, maleabilă. Pentru îmbunătăţireaproprietăţilor mecanice şi tehnologice se supune unui tratament termic de îmbătrânire prin recoacere la 100-1400 C. În vid, se decapează şi apoi se păstrează timp îndelungat la temperaturacamerei.♦ Aliaje pe bază de metale preţioase: Aur-crom, argint-mangan-staniu, argint-nichel. Aceste aliaje aurezistivitate mare şi coeficient de variaţie a rezistivităţii cu temperatur ă mică, dar costul lor este mai ridicat.

2.3.11.Aliaje pentru rezistoare de pornire şi reglare

♦ Constantan

Compoziţie: 60% cupru, 40% nichel.Rezistivitate: ρ = 0,5 Ωmm2/m.Coeficientul de variaţie a rezistivităţii cu temperatura: α = 10-6 0C-1

(rezistivitatea variază extrem de puţin cu temperatura, de unde şidenumirea de constantan).La temperatura de 9000 C se oxidează, acoperindu-se cu o peliculă flexibilă de oxid izolator din punct de vedere electric. Aceste fire pot fibobinate spir ă lângă spir ă pe un suport izolator dacă tensiunea întredouă spire nu depăşeşte 1V.♦ Nichelină Compoziţie: 62 - 63% cupru, 25 – 35% nichel, 2 – 3% mangan.Rezistivitate: ρ = 0,4 Ωmm2/m.

Coeficientul de variaţie a rezistivităţii cu temperatura: α = 14 . 105 0C-1. Nichelina se utilizează pentru reostate de pornire şi reglare a turaţieimotoarelor.

Aliaje de înaltă rezistivitate.



Materiale electronice şi electrotehnice


2.4.MATERIALE SEMICONDUCTOARE.

Materialele semiconductoare sunt materiale care, din punctul de vedereal conductivităţii electrice, ocupă o poziţie intermediar ă între materialeleconductoare şi materialele electroizolante. Materiale semiconductoaresunt materialele care au rezistivitatea cuprinsă între 10 şi 1012 Ωm. Dinaceastă categorie fac parte oxizi de metale, sulfuri, seleniuri, precum şielemente chimice din categoria semimetalelor: bor, siliciu, germaniu,arseniu, stibiu, seleniu, fosfor, teluriu. La aceste materiale, între banda

energetică de valenţă şi cea de conducţie, există o bandă energetică interzisă. Pentru ca electronii să treacă din banda de valenţă în banda deconducţie, este nevoie de energie suplimentar ă. La creştereatemperaturii, datorită agitaţiei termice, unii electroni dobândesc energiisuplimentare şi trec în banda de conducţie, devenind electroni liberi, caz în care semiconductorul conduce curent electric. Conductivitateamaterialelor semiconductoare apare numai dacă electronii din zona devalenţă primesc energie suplimentar ă care poate fi termică, electrică,luminoasă, pentru a putea trece în banda de conducţie. În tabelul nr. 5sunt prezentate proprietăţile câtorva semiconductoare folosite înindustria electrotehnică: siliciul, germaniul şi seleniul.

Tabelul nr. 5Simbol Si Ge Se

Stare naturală Silicaţi (Cuar ţ) Minereu-germanita În unele sulfuri

Proprietăţi fizice

CuloareCenuşiu albastr ă

Alb argintiu

Densitate 2,33 Kg/dm3 5,33 Kg/dm3 4,46 Kg/dm3

Temperatura detopire

1400 0C 970 0C 170 0C


Nu este atacat de HCl şiH2SO4. Este atacat de Na2SO4 şi K2SO4 şi deamestecul de HF şiH2NO3.

Stabil, este atacat depuţini acizi şi baze;Se dizolvă în amestec deHCl şi H2NO3. Nu este atacat de apă.Se combină cuhidrogenul şi oxigenul.

Nu reacţionează cu apa.Reacţionează uşor cu clorul şi fluorul.

Conductibilitateelectrică

Depinde detemperatura şi degradul de impu rificarecu fosfor, bor,

aluminiu.

Depinde de temperatura şi de gradul deimpurificare cu fosfor,bor.

Depinde detemperatur ă.

Proprietăţimecanice Este dur. Este dur şi casant.

Şti ţ i care sunt materialele folosite la realizareacomponentelor electronice care se g ăsesc în alc ătuireacalculatoarelor, aparatelor audio video? Puteţ i enumera câteva din aceste materiale?





2.4.1. Conductibilitatea electrică a materialelor semiconductoarepureStructura cristalină a germaniului şi a siliciului sunt cele ale unui nemetal,fiecare atom fiind înconjurat de alţi patru atomi, de care este legat prinleg[turi de covalenţă.

Legătura covalentă = legătur ă chimică realizată prin punerea în comuna aceluiaşi număr de electroni de către fiecare dintre cei doi atomiparticipanţi la legătur ă. Electronii devin comuni ambilor atomi, adică intr ă în componenţa învelişurilor lor electronice, deplasându-se pe orbite carecuprind nucleele ambilor atomi. Legătura covalentă este o legătur ă rigidă, atomii ocupând unii faţă de alţii poziţii fixe. Această structur ă cristalină explică conductibilitatea electri- că foartescăzută ca şi proprietăţile lor mecanice, respectiv, uşurinţa cu care sesf ărâmă. În figura de mai jos sunt reprezentate în plan o por ţiune dintr-un cristal de

germaniu pur (a) şi modul în care se formează purtători de sarcină electrică în cristalul de germaniu pur (b) sub acţiunea câmpului electric

(a) (b)

La temperatura camerei, datorită agitaţiei termice, unii electroni capătă energie termică suficientă ca să păr ăsească zona de valenţă şi vor trece înzona de conducţie. Fiecare electron de valenţă devenit electron liber lasă înurma lui o legătur ă de covalenţă nesatisf ăcută, un ion pozitiv, un gol . Însemiconductor apar sarcini electrice negative – electronii şi sarcini electricepozitive – goluri. Sub influenţa unui câmp electric exterior de intensitate E,electronul se va deplasa în sens contrar câmpului electric ocupând locullăsat liber de un alt electron de valenţă care a păr ăsit legătura de covalenţă.La rândul său, electronul lasă în urmă un alt loc liber, un alt gol. Apare astfelo deplasare de purtători de sarcină electrică, deci un curent electric format

din electroni şi goluri. Numărul de electroni este egal cu numărul de goluri. Acest tip de conductibilitate se numeşte conductibilitate intrinsecă.

Ge Ge Ge

Ge Ge Ge

Ge Ge Ge

Ge Ge

Ge Ge Ge

GeGe Ge

Ge

DIC Ţ IONAR

După oxigen, siliciul este cel mai r ăspândit element dinnatur ă. Nu se g ăseşte în stare nativ ă, ci în combinaţ ie cuoxigenul, sub formă de silicaţ i, scoar ţ a pământului fiind alc ătuit ă din silice şi silica i.





Conductibilitatea intrinsecă este caracteristică semiconductoarelor purela care numărul de electroni este egal cu numărul de goluri. Lasemiconductoarele pure, numărul de electroni este egal cu numărul degoluri. La semiconductoare, curentul electric este asigurat atât deelectroni, cât şi de goluri.

2.4.2. Conductibilitatea electrică a materialelor semiconductoareimpurificate Pentru creşterea conductibilităţii electrice, semiconductoarele se doteaz ă sau se dopeaz ă cu substanţe trivalente sau pentavalente. Aceasta serealizează printr-un proces de impurificare care impune folosirea uneitehnologii speciale.Conductibilitatea obţinută astfel se numeşte conductibilitate extrinsec ă şi, în funcţie de tipul substanţei folosite pentru dopare, conductibilitatea senumeşte de tip „n“ (dacă substanţa folosită este pentavalentă) şi de tip „p“dacă substanţa de dopare este trivalentă).

2.4.3. Semiconductoare de tip „n“ În figura de mai jos este prezentată doparea germaniului cu fosfor, caelement pentavalent, în concentraţii foarte mici .Săgeata indică sensulcâmpului electric aplicat.Se observă că, din cei cinci electroni ai fosforului, patru dintre ei vor participa la legăturile de covalenţă ale atomilor de germaniu vecini. Alcincilea electron al fosforului este atras numai de nucleul propriu. Acestuia îi este necesar ă o cantitate mică de energie pentru a devenielectron liber. La temperatur ă obişnuită, din cauzaagitaţiei termice toţi atomii impurităţilor pierd al cincilea electron caredevine electron de conducţie.

Simultan, apar şi perechi de electron – gol ca la semiconductoarele pure.Se observă că, într-un semiconductor impurificat, numărul de electronide conducţie este diferit de numărul de goluri. Un astfel desemiconductor se numeşte semiconductor extrinsec. Deoarece numărulde electroni este mai mare decât numărul de goluri, semiconductorul senumeşte tip „n“. O astfel de conductibilitate se numeşte conductibilitateextrinsecă de tip „n“. Electronii sunt purtători majoritari, iar golurile suntpurtători minoritari.

2.4.4. Semiconductoare de tip „P” Aceste semiconductoare se obţin prin doparea semiconductoarelor purecu elemente trivalente: aluminiu, bor, galiu, iridiu. În figura de mai jos se presupune că germaniul este dopat cu aluminiucare are trei electroni de valenţă, deci sunt satisf ăcute numai trei legăturide covalenţă. La temperatur ă obişnuită, datorită agitaţiei termice, unelectron dintr-o altă legătur ă de covalenţă se poate desprinde şi poate să completeze legătura nesatisf ăcută, lăsând în urmă un gol, iar atomul dealuminiu devine ion negativ. Din cauza agitaţiei termice, în semiconductor apar şi perechi de electron – gol. Se observă că în acest tip desemiconductor numărul de goluri este mai mare decât numărul deelectroni.Semiconductorul în care numărul de goluri este mai mare decât

numărul de electroni se numeşte semiconductor extrinsec tip „p“.Conductibilitatea unui astfel de semiconductor se numeşte conductibilitate

GeGe Ge

Ge Al Ge

Ge Ge Ge

G G G

G

G

P

G

G

G





extrinsecă de tip „p“. Substanţele impurificatoare trivalente se numescacceptoare. Într-un semiconductor extrinsec tip „p“ golurile sunt purtători majoritari,iar electronii sunt purtători minoritari.

2.4.5. Compuşi semiconductori

Pe lângă elementele semiconductoare, în industria electronică şielectrotehnică sunt folosite şi combinaţii semiconductoare cum suntsulfurile, carburile, seleniurile, oxizii.Sulfurile sunt săruri ale acidului sulfhidric (H2S). Majoritatea sulfurilor metalelor grele sunt intens şi caracteristic colorate: sulfurile de cadmiu şiarseniu sunt galbene, sulfura de stibiu este roşu-orange, cele de cupru,plumb, bismut, mercur, cobalt şi nichel sunt negre. Sulfurile suntsubstanţe fluorescente, adică au proprietatea de a emite lumină oanumită perioadă de timp, după ce auprimit o radiaţie de excitaţie. Aceste materiale sunt folosite la iluminatul fluorescent, la

realizarea ecranelor pentru osciloscoape şi televizoare.Carburile sunt compuşi ai carbonului cu metale şi semimetale. Metalecaniobiul, tantalul, wolframul, molibdenul formează carburi cu proprietăţiasemănătoare metalelor: Au luciu metalic, duritate mare, temperaturi detopire înalte. Cu siliciul şi borul se obţin carburi covalente care sunt dure,greufuzibile şi au, din punct de vedere electric, proprietăţilesemiconductoarelor. Carbura de siliciu este utilizată la realizareavaristoarelor folosite la protecţia liniilor electrice împotrivasupratensiunilor.Oxizii sunt compuşi ai oxigenului cu alte elemente. La temperatur ă obişnuită, majoritatea oxizilor sunt substanţe solide. Rezistivitatea lor semicşorează o dată cu creşterea temperaturii, devenind mai buneconducătoare de electricitate. Sunt utilizate la realizarea termistoarelor folosite la măsurarea temperaturilor, la limitarea curentului electric lapornirea motoarelor.






Alege varianta de r ăspuns corectă:17. Curentul electric în semiconductori este datorat:a) electronilor?b) golurilor?c) electronilor şi golurilor?18. În semiconductorul intrinsec, numărul de electroni liberi faţă de

numărul de goluri este:a) mai mare?b) mai mic?

c) egal?19. În semiconductorul extrinsec tip p numărul de goluri faţă denumărul de electroni este:

a) mai mare?b) mai mic?c) egal?20. Citeşte afirmaţiile de mai jos şi notează în dreptul lor litera A

dacă apreciezi că afirmaţia este corectă şi litera F dacă apreciezică afirmaţia este falsă:

a) Semiconductorul extrinsec tip „p“ se obţine prin dopare cusubstanţe trivalente.

b) Semiconductorul extrinsec tip „n“ se obţine prin dopare cusubstanţe pentavalente.

c) Siliciul şi germaniul sunt metale.d) Conductibilitatea siliciului şi a germaniului depinde de

temperatur ă.d) Conductibilitatea siliciului şi a germaniului nu depinde de gradul

de impurificare cu elemente trivalente sau pentavalente.e) Siliciul şi germaniul sunt elemente care reacţionează uşor din

punct de vedere chimic.

Rezolvarea o vei realiza în spaţiul liber din casetă.

Verificarea corectitudinii rezolvării o poţi face cosultândr ăspunsurile şi comentariile de la pagina 74





2.5. MATERIALE ELECTROIZOLANTEMaterialele electroizolante, numite şi dielectrice, sunt caracterizate de orezistivitate electrică deosebit de mare, cuprinsă între 108 şi 1017 Ω*cm.Dielectricul este o substanţă care conduce slab curentul electric.Conform teoriei clasice, această proprietate a dielectricilor este

determinată de faptul că electronii sunt foarte puternic legaţi în atomi, iar câmpul electric nu reuşeşte să-I smulgă din interiorul lor. Conform teorieicuantice, proprietăţile dielectricilor sunt determinate de distribuţiaelectronilor pe nivelurile energetice;nivelul electronic superior, plin deelectronicorespunzător limitei superioare a unei benzi premise estedespăr ţit de nivelurile inferioare printr-o bandă interzisă pe care electronii în condiţii obişnuite, nu reuşesc să o depăşească. Acţiunea unui campelectric asupra unui dielectric nu determină apariţia unor electroni deconducţie şi doar o modificare a densităţii electonilor care determină opolarizare a dielectricului.Materialele dielectrice servesc, pe de o parte, la izolarea electrică între

elementele conductoare de curent electric, care se găsesc la potenţialeelectrice diferite, şi a elementelor conductoare faţă de pământ, iar pe dealtă parte, ca dielectric în condensatoarele electrice.Materialele dielectrice sunt cele care î şi pierd mai repede proprietăţile(îmbătrânesc) în comparaţie cu materialele conductoare şi magnetice;eledetermină de fapt durata de serviciu a echipamentelor şi instalaţiilor încare sunt utilizate (maşini şi aparate electrice, transformatoare electrice,linii electrice de transport, distribuţie şi utilizare a energiei electrice).

2.5.1. Proprietăţile fizico-chimice ale materialelor electroizolanteHigroscopicitatea este proprietatea dielectricului de a absorbi

umiditatea din mediul ambiant.Ea depinde de compoziţia chimică şi structurală, precum şi deporozitatea materialului.Densitatea D = masă\volum, se exprimă în Kg\dm3.Porozitatea p este raportul dintre volumul porilor Vp si volumul total Vt alunei mostre de metal: p (%)= Vp/Vt 100.La materialele electroizolante pe bază de celuloză porozitatea poateatinge valori până la 50%.Conductibilitatea termică reprezintă proprietatea materialului de aconduce căldura şi se apreciază prin conductivitatea termică, numericegală cu căldura care trece în unitatea de timp prin unitatea de suprafa ţă

considerată, pentru diferenţa de temperatur ă de un grad. Se măsoar ă waţt pe metru şi grad de temperatur ă.

Ş ti ţ i de ce nu trebuie să atinge ţ i conductoarele electrice

parcurse de curent electric ?

Pute ţ i explica de ce conductoarele parcurse de curent

electric nu trebuie să se ating ă între ele?

Enumera ţ i materiale care nu permit trecerea curentului

electric.





Conductivitatea termică la materialele dielectrice este mai mică decât laconductoare.Stabilitatea termică este proprietatea materialelor electroizolante de arezista timp îndelungat la o anumită temperatur ă maximă admisibilă, cucondiţia să-şi păstreze caracteristicile de bază garantate. În funcţie de temperatura maximă admisibilă de utilizare, materialele

electroizolante se încadrează în următoarele şapte clase de izolaţie: Y, A, E, B, F, H, C, cărora le corespund următoarele temperaturi maximeadmisibile de utilizare: 90, 105, 120, 130, 135, 180 şi peste 180 0C.Stabilitatea la temperaturi scăzute este proprietatea materialelor electroizolante de a-şi menţine principalele caracteristici electrice şimecanice în condiţiile temperaturilor scăzute (de ordinul – 60 0C – 700C).Punctul de aprindere sau punctul de inflamabilitate reprezintă temperatura cea mai joasă la care un material emite o cantitatesuficientă de vapori, care poate da cu aerul înconjur ător un amesteccombustibil.

Amestecul combustibil se poate aprinde cu ajutorul unei flăcări, caz încare se determină punctul de inflamabilitate, sau se poate aprindesingur, caz în care se determină punctul de aprindere.Solubilitatea este proprietatea materialelor electroizolante de a se puteadizolva într-o substanţă lichidă, numită solvent.Solubilitatea se apreciază după cantitatea maximă de substanţă carepoate fi dizolvată în solventul dat, adică după concentraţia soluţieisaturate (%).Stabilitatea chimică reprezintă rezistenţa materialelor faţă de acizi,gaze, apă, baze, săruri solubile.

2.5.2.Proprietăţile electrice ale materialelor electroizolante

Proprietăţile electrice sunt determinate de cele două feno- mene careau loc în dielectric, şi anume: fenomenul de conducţie şi fenomenul depolarizare.Rezistenţa de volum şi rezistenţa de suprafaţă sunt proprietăţi legatede fenomenul de conducţie electrică. Se ştie că orice electroizolant realnu este un izolant perfect, adică în timpul funcţionării permite trecereacurentului electric. Acest curent se numeşte curent de scurgere şi circulă atât prin masa dielectricului, cât şi prin suprafaţa lui.Constanta dielectrică sau permitivitatea dielectrică caracterizează capacitatea de izolare, este o proprietate a materialului care depinde denatura lui. Mărimea care caracterizează fiecare dielectric se numeşte

constantă dielectrică sau permitivitate absolută şi se notează cu ε .Permitivitatea absolută este dată de relaţia ε =ε 0 . ε r unde

ε 0 este permitivitatea vidului; ε 0 =8,85*10 -12

F/m ε r este permitivitatea relativă a dielectricului.Rigiditatea dielectrică este o proprietate a materialului legată defenomenul de str ăpungere, adică de pierderea proprietăţii de izolant, subinfluenţa câmpului electric. Există o anumită valoare a câmpului electricaplicat pentru care rezistenţa de izolaţie a dielectricului scade bruscfoarte mult, pierzându-şi proprietatea de izolant. Tensiunea la care areloc acest fenomen se numeşte tensiune de str ă pungere, iar câmpulelectric corespunzător se numeşte câmp de str ă pungere sau rigiditatedielectric ă. Valoarea sa este dată de relaţia:





E str =d

U str

, unde d este grosimea dielectricului. Unitatea de măsur ă

pentru rigiditatea dielectricului este kV/cm, kV/mm sau V/m în sistemulinternaţional.

2.5.3. Materiale electroizolante gazoase

Din această categorie fac parte aerul, azotul, hidrogenul, neonul,argonul, criptonul şi gazele electronegative. Constanta dielectrică laaceste materiale este 1, iar rezistivitatea de volum este de ordinul 1015

Ωcm.Aerul. Este prezent în toate instalaţiile electrice. Este lipsit de toxicitate,dar are o acţiune corozivă asupra unor metale şi uleiuri industriale.Rigiditatea dielectrică a aerului în câmp uniform, la temperatur ă şipresiune obişnuite, este de 32 kV/cm.Azotul. Are aproximativ aceleaşi caracteristici ca aerul, dar nu areacţiuni corozive asupra uleiurilor şi a materialelor electroizolante. Esteutilizat la umplerea baloanelor lămpilor cu incandescenţă, ca dielectric lacondensatoarele de înaltă tensiune, la realizarea pernelor de azot dintransformatoarele cu ulei, pentru a împiedica oxidarea acestuia. Estefolosit de asemenea sub presiune la umplerea cablurilor de înaltă tensiune.Hidrogenul. Este cel mai uşor gaz. De aceea este folosit ca mediu der ăcire în locul aerului la maşinile electrice rotative. Densitatea lui fiindredusă, frecările în maşinile electrice sunt de două ori mai mici şi, caatare, puterea acestora creşte faţă de maşinile cu r ăcire cu aer.Gazele electronegative. Se numesc aşa datorită afinităţii lor deosebite de electroni liberi cu care vin în contact. Se formează astfel ioni negativicu mobilitate redusă datorită masei mari pe care o dobândesc. Deaceea, se folosesc la camerele de stingere a arcurilor electrice din întrerupătoare.Cel mai utilizat gaz electronegativ în aparatura de înaltă tensiune estehexafluorura de sulf . Este un material neinflamabil, mai greu decâtaerul şi cu rigiditate dielectrică de 2,2 ori mai mare decât a aerului. Subacţiunea arcului electric se descompune în gaze toxice – compuşi aisulfului. Un alt gaz electronegativ este freonul, folosit ca izolant şi caelement de r ăcire la frigidere.

2.5.4. Materiale electroizolante lichideMaterialele electroizolante lichide au avantajul că ocupă toate spaţiilelibere şi după str ăpungere se regenerează instantaneu. Majoritateadielectricilor lichizi sunt inflamabili, se oxidează în timp şi au acţiunecorozivă asupra materialelor conductoare şi electroizolante solide cucare vin în contact.Din această categorie fac parte uleiurile minerale, uleiurile sintetice,

hidrocarburile aromate utilizate ca solvenţi în compoziţia lacurilor electroizolante. Uleiurile minerale sunt prezentate în tabelul nr. 6.

Dielectricii nu se utilizeaz ă la tensiuni care să determine str ă pungerea lor.Dielectricii gazoşi şi lichizi str ă punşi î şi refac propriet ăţ ile după ce câmpul electric dispare, în timpce dielectricii solizi se distrug la aplicarea unui câmp

electric de str ă pungere.





Tabelul nr. 6Ulei de transformator Ulei de cablu

Permitivitatea relativă 2,2 – 2,4 2,17 – 2,31

Rigiditatea dielectrică 125 – 150 kV/cm 125 – 150 kV/cm

Rezistivitatea >1012 Ωcm >1012 Ωcm

Punctul deinflamabilitate 125….135 0C 150 – 170 0C

Temperatura maximă de exploatare

90 0C

UtilizăriIzolant şi lichid de r ă

cire la transformatoareImpregnarea hârtiei de izolaţie

a cablurilor

Uleiul de condensator se utilizează pentru impregnarea hârtiei folosite

ca dielectric pentru condensatoare.Uleiurile vegetale de in sau de tung sunt folosite la fabricarea lacurilor electroizolante.Uleiurile sintetice siliconice sunt compuşi organici ai siliciuluirezistenţila temperaturi ridicate şi au o bună stabilitate chimică






21. Explică de ce conductoarele electrice parcurse de curent electric nu

trebuie să se atingă între ele şi nici nu trebuie atinse de utilizatori .

22. Citeşte afirmaţiile de mai jos şi notează în dreptul lor litera A) dacă apreciezi că afirmaţia este corectă şi litera F, dacă apreciezi că afirmaţia este falsă:

a) Punctul de aprindere sau punctul de inflamabilitate, reprezintă temperatura cea mai joasă la care un material emite o cantitatesuficientă de vapori, care poate da cu aerul înconjur ător unamestec combustibil.

b) Higroscopicitatea este proprietatea dielectricului de a absorbiumiditatea din mediul ambiant.

c) Dielectricii solizi î şi refac proprietăţile de isolator după încetareaacţiunii câmpului electric de str ăpungere.

23. Enumeraţi proprietăţile electrice ale materialelor electroizolante.

24. Formulaţi definiţia rigidităţii dielectrice

25. Enumeraţi proprietăţile fizice ale materialelor electroizolante

Rezolvarea o vei realiza în spaţiul liber din casetă.Verificarea corectitudinii rezolvării o poţi face cosultândr ăspunsurile şi comentariile de la pagina 67.





Michael Faraday (1791-1867). Fizicain şi chimist englez, a descoperitfenomenul de inducţie electromagnetică, legile electrolizei (1833-1834). A descoperit paramagnetismul şi diamagnetismul.În 1837, a introdusnoţiunea de constantă dielectrică (permitivitate electrică). A experimentatconservarea sarcinii electrice şi a pus în evidenţă rotirea planului depolarizare a luminii în câmp magnetic.

2.5.5. Materiale electroizolante solideMaterialele electroizolante solide sunt în cea mai mare parte compuşi aicarbonului. Compuşii carbonului sunt substanţe organice. Numărul desubstanţe organice este cu mult mai mare decât al celor anorganicedatorită proprietăţilor atomilor de carbon de a se putea lega între ei prinlegături simple, duble sau triple. Din această categorie de substanţe facparte r ăşinile, materialele plastice, lacurile electroizolante, compundurile,bitumurile.R ăşini Răşinile sunt substanţe macromoleculare naturale sau obţinute pe calesintetică.Răşinile au proprietatea de a se înmuia la o anumită temperatur ă, numită temperatur ă de înmuiere. Temperatura de înmuiere este mai mică decâttemperatura de topire. Din punct de vedere al comportării la temperaturade topire, r ăşinile pot fi termoplaste sau termorigide.R ăşina termoplast ă este cea care se înmoaie când este supusă încălzirii şi poate fi prelucrată prin diverse procedee, iar după r ăcire poate fi retopită, devenind din nou prelucrabilă.R ăşina termorigid ă este cea care se înmoaie prin încălzire, putând fiprelucrată, dar după r ăcire se întăreşte ireversibil, devine rigidă.Răşini naturale

Răşinile naturale sunt şelacul, colofoniul şi copalul, ale căror proprietăţisunt prezenta te în tabelul nr. 7.





Tabelul nr. 7

Şelac Colofoniu (sacâz) Copal (chihlimbar)

Stare naturală Produs fiziologic al unor insecte din zonatropicală

Substanţa se cur ăţă deimpurităţi şi se topeşte.După r ăcire se transfor-mă în solzi subţiri.

Răşina unor conifere Provine dindescompunereaarborilor r ăşinoşi

Temperaturade înmuiere

50-60 0C 50-70 0C 95-200 0C

Temperaturade topire

75-80 0C 120-155 0C 350-380 0C

Rigiditateadielectrică

30 kV/mmtermorigidă

10-15 kV/mmtermorigidă

termorigidă

Rezistivitateade volum

1015-1016 Ω cm 1015-1016 Ω cm 1017-1019 Ωcm


Se dizolvă în alcool,acid acetic

Se dizolvă în alcool,uleiuri minerale, acidacetic.

Nehigroscopice

Utilizări Fabricarea lacurilor deimpregnare şi ca liant lafabricarea materialelor plastice.

„Masa galbenă“, obţi-nută prin dizolvareacolofoniului în uleiuriminerale, este folosită la impregnarea hârtieide izolaţie a cablurilor de înaltă tensiune.Este folosit ca material

decapant pentrulipirea cuprului.Prepararea lacurilor şia compundurilor.

Lacuri care dau peli-cule foarte dure şicare servesc laacoperirea obiectelor de artă.

Răşini sinteticeRăşinile sintetice se obţin prin diferite tipuri de reacţii chimice caregrupează moleculele mici sub influenţa temperaturii şi a presiunii. Acestetipuri de reacţii sunt: polimerizarea, policondensarea, poliadiţia.Răşini sintetice de polimerizare Polimerizarea este o reacţie decombinare a unui număr foarte mare de molecule cu masă molecular ă relativ mică, din care rezultă o substanţă cu masă molecular ă relativ

mare. Din categoria r ăşinilor sintetice de polimerizare fac partepolistirenul, polietilena şi policlorura de vinil, care sunt prezentate întabelul nr. 8.

Tabelul nr.8

Polistirenul Polietilena Policlorura de vinil

Proprietăţifizice

Transparent, termoplast,nehigroscopic,inflamabil.

Albă-opalescentă,nehigroscopică,termoplastă,inflamabilă.

Albă-gălbuie, nehigro-scopică, prelucrabilă caşi metalele.

Densitate 1,05 kg/dm3 0,92 kg/dm3 1,38 kg/dm3

Rezistivitatede volum

1014-1017 Ωcm 1015-1016 Ωcm 1011-1016 Ωcm





Permitivitaterelativă

2,2-2,4 2-2,3 4-7

Rigiditatedielectrică

50-70 kV/mm 20-50 kV/mm 50-75 kV/mm

Utilizări Carcase de bobine.Socluri pentru tuburi

electronice.Dielectric pentru condensatoare cu stiroflex.Izolator pentruconductoare electrice.

Izolarea cablurilor submarine, a cablu

rilor telefonice, şi acelor din mediuagresiv.Dielectric pentrucondensatoare.

Izolarea cablurilor şi aconductoarelor

teflonul este numele industrial al unei r ăşini rezultate în urmapolimerizării? Este de culoare albă-cenuşie, rezistentă la acţiuneaagenţilor chimici, la modificările de temperatur ă. Este întrebuinţată camaterial anticorosiv, electro şi termoizolant- rezistă la tempearturi ridicate250o CRăşini sintetice de policondensareReacţia de policondensare este o reacţie de combinare a mai multor molecule rezultând o moleculă mare, precum şi produse secundare caapă, alcooli etc. Din această categorie fac parte: bachelitele,aminoplastele, poliamidele, poliesterii.Bachelitele au proprietăţi electrice slabe, dependente de temperatur ă şi

sunt higroscopice. Sunt utilizate la confecţionarea pieselor izolatoarepentru contactori. Bachelitele solubile în alcool sunt folosite la fabricareamaterialelor electroizolante stratificate şi la impregnarea înf ăşur ărilor maşinilor electrice.

Componente izolatoare pentru contactoare electriceconfecţionate din bachelită

TIA I C Ă …





Poliamidele: din această categorie fac parte nailonul, capronul (relon),perlonul.

Push buton cu elemente Piese de strângere a cablurilor electroizolante

Acestea sunt folosite la realizarea unor piese industriale, iar firele, larealizarea ţesăturilor.electroizolante.

Poliesterii sunt r ăşini sintetice, termoplaste care pot fi trase în fire –

terylen sau foi – mylar, hostafan. Foliile sunt nehigroscopice, au rezisten ţă mare la întindere şi la rupere. Sunt folosite la realizarea dielectricilor decondensator şi la fabricarea lacurilor de emailare.Răşini sintetice de poliadiţieReacţia de poliadiţie este o reacţie în trepte între două substanţechimice, în urma căreia se obţin compuşi macromoleculari. Reacţia estefavorizată de prezenţa unor catalizatori şi se produce f ăr ă eliminare demolecule de produse secundare.Din această categorie fac parte r ăşinile epoxidice şi poliuretanice.R ăşinile epoxidice au caracteristici electrice foarte bune, stabilitatetermică bună, nu sunt inflamabile şi rezistă la acţiunea agenţilor chimici,

prezintă proprietăţi adezive pe metale ceramică, sticlă, materialeplastice. Sunt folosite la umplerea manşoanelor care acoper ă joncţiunilecablurilor, precum şi la încapsularea pieselor, transformatoarelor. Deasemenea, sunt folosite la fabricarea lacurilor de emailare, deimpregnare, de lipire.R ăşinile poliuretanice au caracteristici mecanice şi electrice bune. Suntfolosite sub formă de foi, fire, la confecţionarea unor piese, la fabricarealacurilor de impregnare şi a lacurilor de emailare a conductoarelor.

Cabluri electrice cu izolaţie din poliuretan





Materiale plastice presateDeoarece r ăşinile sintetice au un preţ de cost ridicat, s-au realizatmateriale plastice pe bază de r ăşini sintetice. Materialul plastic areurmătoarea structur ă:

Răşina utilizată ca liant constituie elementul de legătur ă a masei plasticeşi determină proprietatea materialului plastic de a fi termoplast sautermorigid.Plastifianţii micşorează fragilitatea, măresc fluiditatea, creândposibilitatea umplerii formelor complicate ale matriţelor, şi mărescplasticitatea, iar coloranţii dau culoare materialului plastic, dar înr ăutăţesc proprietăţile dielectrice ale acestuia.Produsele din mase plastice se obţin în general prin presare la prese

speciale. Tehnologia fabricării lor constă în parcurgerea a două etape:prepararea materialului şi tehnologia presării. Tehnologia presăriidepinde de natura liantului. Un alt procedeu de realizare a maselor plastice este procedeul prin injectare, prin care materialul încălzit în afaramatriţei de presare este introdus sub presiune cu ajutorul unei maşini deinjecţie în matriţa rece, unde se r ăceşte brusc.Un alt procedeu este cel al suflării, asemănător celui de suflare a sticlei.Lacurile de acoperire servesc la formarea unor pelicule care acoper ă unele păr ţi ale maşinilor sau aparatelor electrice care sunt deja izolate. Îngeneral, acoperirea se face cu lacuri electroizolante pigmentate,deoarece acestea conţin pulberi fine de substanţe organice, care măresc

aderenţa mecanică a lacurilor.Lacurile de lipire sunt folosite la fabricarea produselor de mică, la careeste nevoie de lipirea fulgilor de mică între ei sau pe un suport.Lacurile de emailare sunt folosite la izolarea conductoarelor. Acestelacuri trebuie să prezinte un grad de aderenţă pe conductor şi să fieelastic pentru a nu se fisura în timpul efectuări bobinajelor. Trebuie să fienehigroscopice şi să suporte acţiunea lacurilor de impregnare.De reţinut faptul că nu există o demarcaţie strictă între aceste lacuri,unele putând să fie şi lacuri de impregnare şi lacuri de acoperire. Unelese usucă al cald – cele care au la bază o r ăşină termorigidă, altele seusucă la rece – cele care au solvenţi volatili.Materiale stratificateMaterialele plastice stratificate sunt mase plastice care au

Liant = r ăşină pur ă Umplutură

organică:

Rumeguş sau fibre

textile sau hârtie

Material plastic

Plastifianţi, coloranţi

Umplutură

anorganică:

cuar ţ, mică, azbest

Liant = r ăşină pur ă Plastifianţi, coloranţi

Material plastic

Impregnarea

materialului fibros

Tăierea ladimensiuni

corespunzătoare

Suprapunereanumărului de foicorespunzător grosimii finale

Presare la cald

Răcirea

Tăierea marginilor





ca liant,r ăşini organice termorigide sau lacuri, iar ca umplu-tur ă, materiale fibroase organice sau anorganice sub formă de ţesătur ă. Cele mai cunoscute mase plastice stratificatesunt pertinaxul, textolitul şi sticlotextolitul.Procesul tehnolo-gic de fabricare se desf ăşoar ă în următoarele etape:Pertinaxul sau izoplacul este format din umplutur ă organică – hîrtie, iar ca liant – bachelita. Există pertinax A folosit la fabricarea pieselor carefuncţionează în ulei, şi pertinax B, folosit pentru piese care lucrează înaer. Pertinaxul se poate prelucra mecanic – tăiere, găurire, ştanţare,frezare.Textolitul se deosebeşte de pertinax prin materialul deumplutur ă care este ţesătur ă impregnată. Rezistenţa meca-nică este mult mai mare ceea ce face ca preţul să fie maimare.Sticlotextolitul este alcătuit din pânză de sticlă, ca materi-al de umplutur ă, şi lacuri siliconice, bachelitice, r ăşini epopoxidice sau

alte tipuri, ca liant. Sticlotextolitul are proprietăţi superioare în ceea cepriveşte higroscopicitatea, stabili-tatea termică.Utilizările materialelor plastice stratificate: confecţionare deplăci de borne pentru maşini electrice, piese izolatoare.Materiale electroizolante anorganice solideDin această categorie fac parte: sticla, mica, ceramica, marmura.Prezintă următoarele avantaje faţă de materialele solide organice: austabilitate termică mai bună, nu se carbonizează, nu se oxidează, au obună stabilitate chimică. Prezintă însă dezavantajul unor proprietăţielectrice mai slabe, fragilitate mare, se prelucrează mai greu, au cost mai

ridicat.SticlaSticla este un amestec de bioxid de siliciu (cuar ţ) şi silicaţi ai diferitelor metale. La temperatura camerei, sticla este un material cu formă proprie,cu rezistenţă mecanică şi duritate mare. Este transparentă, casantă,nehigroscopică, termoplastă.Temperatura de topire nu este definită, fiind cuprinsă între 400 şi 16000C. Cea mai ridicată temperatur ă de topire corespunde sticlei de cuar ţ pur.Densitatea variază în funcţie de componenţă între 2 şi 8,1 Kg/dm3, ceamai mare fiind a sticlei de cristal, care conţine oxid de plumb.

Rezistivitatea de volum este cuprinsă între 108 şi 1017

Ωcm.Rigiditatea dielectrică depinde de calitatea ei, şi anume o sticlă f ăr ă incluziuni de aer are rigiditatea dielectrică cuprinsă între 30 şi 45 kV/mm.Sticla are multiple utilizări în electrotehnică, proprietăţile necesare fiindimpuse de domeniul de utilizare.Sticla pentru izolatoare. Are proprietăţi electroizolante foarte bune,higoscopicitate foarte redusă, este rezistentă la acţiunea agenţilor chimici şi este foarte rezistentă la variaţii bruşte de temperatur ă. Esteutilizată la realizarea izolatoarelor pentru liniile electrice de înaltă tensiune şi pentru linii de telecomunicaţii.Sticla pentru l ămpi electrice şi tuburi electronice. Are proprietăţitermice foarte bune: rezistentă la temperaturi ridicate, coeficient de





dilatare cât mai apropiat de cel al metalului din care se execută soclul.De asemenea, trebuie să fie rezistentă la acţiunea vaporilor metalici dar şi la temperatura degajată de electrozii din interiorul balonului de sticlă.Trebuie să fie transparentă pentru radiaţiile ultraviolete..Sticla pentru emailare sau emailul este un tip de sticlă cu punct detopire foarte scăzut, folosită la acoperirea cu un strat subţire izolant adiferitelor piese pentru protejare împotriva coroziunii. Modul de fabricareşi aplicare a emailurilor este următorul: masa de sticlă topită se toarnă învână subţire în apă rece, iar sticla astfel obţinută se macină în pulberefoarte fină şi se aplică pe suprafaţa de protejat, de exemplu, a unuirezistor bobinat. Apoi se topeşte la temperaturi de 700 – 800 0C şi după r ăcire costituie stratul de email.Sticla pentru fibre. Aceasta serveşte la fabricarea fibrelor de sticlă dincare se confecţionează ţesăturile de sticlă folosite la fabricareasticlotextolitului. Din fibre scurte de sticlă se fabrică hârtia de sticlă care,impregnată, poate fi folosită la condensatoare. Fibrele de sticlă se

folosesc pentru transmiterea informaţiei în telecomunicaţii.

dacă în sticla obişnuită se adaugă oxid de aluminiu sau de bor se obţineo sticlă rezistentă la variaţii bruşte de temperatur ă – sticla de Jena.

Cuar ţul, turmalina sau sarea seignette, tăiate în prisme, prezintă proprietatea de piezoelectricitate, adica la aplicarea unui câmp electric î şi modifică proprietăţile mecanice iar la aplicarea unor for ţe mecanice pefeţele cuar ţului, apar sarcini electrice.

Piezo în limba greacă înseamnă presiune. Un exemplu estemicrofonul piezoelectric care transformă presiunea vocală într-otensiune electrică. Alternativ, când cristalului i se aplică un câmp electricpe feţele paralele, în cristal se crează o deformare mecanică , respectivo presiune acustică.Dacă o for ţă suficient de mare se aplică pe feţe- felecristalului, va avea loc o deformare. Aceasta va modifica orientareadipolilor electrici şi crează situaţia în care sarcina electrică totală nu estecomplet neutralizată Aceasta se manifestă ca o tensiune , o diferenţă depoten ţial care apare în exteriorul cristalului. Cuar ţul este foarte folosit în

electronică la realizarea ceasurilor, a generatoa-relor de tact deoareceprcizia şi stabilitatea frecvenţei de oscilaţiile sunt foarte mari.

TIA I C Ă ...

+

_





LUCRARE DE LABORATOR

STUDIUL PROPRIETĂŢILOR CHIMICE ALE MATERIALELORELECTROIZOLANTE

Obiective.Studiul rezistenţei la coroziune chimică a sticlei, şi a materialelor plasticela acţiunea agenţilor externi.

Cunoştinţe necesareproprietăţile chimice ale sticlei şi materialelor plastice;utilizările sticlei- realizarea izolatoarelor pentru liniile electrice aerieneutilizările materialelor electroizolante - materiale plastice la realizareaizolaţiei cablurilor.influenţa factorilor de mediu asupra elementelor componente ale instalaţiilor electrice.

Poluarea care poate fi natural ă sau creat ă de oameni are la origine ploile acideMulte produse chimice rejectate în natur ă de uzine, maşini se dizolv ă în

apa din atmosfer ă şi apoi cade sub formă de ceaţă, rouă su ploaie.Bioxidul de sulf SO2 produs de arderea c ărbunelui sau a petrolului careconţ ine urme de pucioasă ,formeaz ă în atmosfer ă acidul sulfuric. Oxidul de azot NO, NO2 N 2 O, rejectaţ de industrie se datoresc arderii carburanţ ilor necesari transportului sau utiliz ării îngr ăşămintelor chimice.

Acidul clorhidric HCl, provine aproape în exclusivitate în urma arderii ambalajelor de PVC – sticle de material plastic, saci, din resturilemenajere.Materiale necesare: izolatori de sticlă, eşantioane de izolaţie din PVCpentru cabluri , eprubete, acid clorhidric.Modul de lucru

Pregătiţi trei eprubete în care puneţi:-câteva bucăţi de polistiren, o bucată de polietilenă, o bucată depoliclorur ă de vinil.2. Turnaţi în fiecare tub 5 cm3 de acid clorhidric. Observaţi că nu aparenici o schimbare.

Care este concluzia? Materialele plastice sunt rezistente la acţiuneanocivă a mediului înconjur ător? Este bine ca materialele plastice să fiefolosite ca materiale pentru izolaţia cablurilor electrice?

APLICAŢII

Ş TIAŢ I C Ă ...





3.Acidul clorhidric a atacat sticla din care sunt confecţionate eprubetele?Tinând seama de cele observate puteţi trage singuri concluzia despreproprietăţile pe care trebuie să le aibă sticla pentru supor ţi izolatori ailiniilor electrice aeriene.4.Turnaţi câteva picături de HCl pe un izolator de sticlă şi observaţi dacă sticla este atacată MicaMica este cel mai important material electroizolant mineral care segăseşte în scoar ţa pământului. Mineralele de mică folosite înelectrotehnică sunt muscovitul şi flogopitul.

Tabelul 9Muscovit Flogopit

Densitate 2,7-3,2 kg/dm3 2,6-2,8 kg/dm3 Permitivitaterelativă

6..7 5..6

Rezistivitate devolum

1015 - 1017 Ωcm 1013 - 1015 Ωcm

Temperaturamaximă de lucru

500 0C 800 0C

Rigiditatedielectrică

200 – 2500 kV/cm 2000 kV/cm

Utilizări Dielectric pentru conden-satoare

Izolaţie între lamelele colec-torului maşinilor electrice.

Produse pe bază de mică Produsele pe bază de mică: sunt micanitele, micafoliul,micabanda, micalexul, hârtia de mică, termomicanita.Micanitele. Sunt produse alcătuite din foiţe de mică Lipite între ele cu un lac de lipit. Ele se produc în mai multe sortimente: Micanita de colector serveşte la confecţionarea lamele-lor izolante carese aşează între lamelele de cupru ale colecto rului. Se realizează dinfoiţe de muscovit sau flogopit de dimen-siuni mici de 5 cm2, foiţe foartemici de mică – 0,5cm2 şi ca liant, se foloseşte şelacul.Micanitele de garnituri sunt folosite la confecţionarea degarniturilor ştanţate, au aceeaşi compoziţie cu micanita decolector, dar procentul de liant este mai mare.Micanita de formare este o micanită tare care se modelează la cald,menţinându-şi forma după r ăcire. Se utilizează la confecţionareacilindrilor de collector ai maşinilor electrice de current continuu, aconurilor izolante ale colectorului, la confecţionarea carcaselor pentrubobine şi a izolaţiei de crestătura de la maşinile de înaltă tensiune.Micanita flexibilă se utilizează la izolarea diferitelor păr ţiale maşinilor electrice.Micabanda este o varietate de mică flexibilă, care se livrează sub formă de role. Micabanda se poate realiza cu grosimi mici de încălzire; deasemenea, se utilizează la izolarea bobinelor polare şi a bobinelor rotorice ale maşinilor care funcţionează în mediu umed.Micafoliu este o variantă a micanitei de formare, cu suport pe o singur ă

faţă, constituit din hârtie specială. Se foloseşte la executarea izolaţieibobinajelor prin operaţia de înf ăşurare şi presare pe por ţiunea dreaptă abobinei, care intr ă în crestătura miezului magnetic. Micafoliul se poate





supune la eforturi mari de întindere, putându-se înf ăşura strâns înmomentul modelării.Micalexul se fabrică din pulbere de mică presată cu sticlă uşor fuzibilă prin presare la cald. Materialul este nehigroscopic, are proprietăţimecanice electrice şi termice foarte bune. Seutilizează sub formă deplăci, bare care se pot freza, strunji, găuri, şlefui şi turna.Micanita refractar ă sau termomicanita se utilizează la executareaizolaţiei aparatelor de încălzit şi ca suport pentru reostate. Hârtia demică se confecţionează din deşeuri de mică. Se obţin foi subţiriasemănătoare unei hârtii transparente, care se pot lipi între ele la cald cuşelac. Acestea au proprietăţi superioare micanitelor, se execută într-unsingur strat de mică, având hârtie specială aplicată pe ambele păr ţi. Înafar ă de micabandă, pe suport de hârtie se mai execută micabandă pesuport de mătase. Se utilizează la izolarea barelor bobinelor rotorice şistatorice ale maşinilor de înaltă tensiune sau de înaltă clasă deprecizie.În figur ă sunt prezentate piese izolatoare confecţionate din mică.

Garnituri radiator pentru tranzistor de putere

Fire şi ţesături textileFirele de bumbac sau mătase sunt utilizate la izolarea conductoarelor debobinaj . Ele trebuie să fie cât mai subţiri şi rezistente la tracţiune. Pentru

imbunătăţirea proprietăţilor electrice respectiva rigidităţii dielectrice, elese impregnează cu cu lacuri uleioase ţesături galbene,sau cu bitum –ţesături negreCristale lichideStarea de cristal lichid este definită ca o stare a materiei în caremoleculele sunt ordonate , sunt orientate, dar au o mişcareasemănătoare cu a lichidelor .Cristalele lichide sunt formate din molecule ale unor subsrtanţeorganice, din categoria compuşilor sintetizaţi pe cale chimică cum sunttrans-stilben, tolan , azobenzen.Un cristal lichid curge

şi poate lua forma vasului în care este pus , dar

moleculele sunt aranjate ca într-o reţea cristalină ceea ce îi confer ă proprietăţi utile când trece lumina prin el. Sub influenţa câmpului electricextern (reprezentat în figur ă prin săgeata roşie) se modifică aranjamentulmoleculelor ceea ce duce la modificarea proprietăţilor optice aleacestuia. Funcţionarea cristalului lichid se bazează pe reflexia sautransmisia luminii.






26.Grupează materialele electroizolante despre care ai învăţat, în

tabelul de mai jos:

Materialepentru

dielectrici decondensatoare

Materialepentrucablaje

imprimate

Materialepentru izolaţie

de cabluri

Materialepentru

conectori

Materialepentru aliaje

de lipit

27.Completaţi tabelul de mai jos cu proprietăţile pe care trebuie să leaibă sticla în funcţie de domeniul de utilizare.Sticla pentru izolatoare Sticla pentru lămpi şi tuburi

electronice

28.Citeşte afirmaţiile de mai jos şi notează în dreptul lor litera A dacă apreciezi că afirmaţia este corectă şi litera F, dacă apreciezi că afirmaţiaeste falsă:a) Răşina termoplastă este cea care se înmoaie când este supusă încălziriişi poate fi prelucrată prin diverse procedee, iar după r ăcire poate fi retopită,devenind din nou prelucrabilă.b) Răşina termorigidă este cea care se înmoaie prin încălzire, putând fiprelucrată, dar după r ăcire se întăreşte ireversibil, devine rigidă.c) Mica este higroscopică.

29.Ordonaţi materialele electroizolante din tabelele7,8,şi 9 în funcţie derigiditatea dielectrică.

a)Rigid.diel.Material

Rezolvarea o vei realiza în spaţiul liber din casetă.Verificarea corectitudinii rezolvării o poţi face cosultând r ăspunsurileşi comentariile de la pagina 67.





Circuit imprimat pe care a fost montat un cuar ţ





2.6. Materiale magnetice

Magnetul este un corp care are proprietatea de a atrage metale feroase,există în natur ă dar se fabrică şi artificial de obicei din oţeluri dure (careconţin cobalt). Proprietăţile magneţilor: Fiecare magnet are un pol nord şiun pol sud, situaţi la extremităţi. Dacă se pun doi magneţi în apropiere,se poate observa că polii identici se resping iar cei diferiţi se atrag.

Dacă se secţionează o bar ă magnetică se vor obţine doi magneţi fiecareavând un pol nord şi un pol sud. Dacă aceştia se pun cap la cap, seobţine un nou magnet unic care are un singur pol nord şi un singur polsud. Polii unui magnet sunt inseparabili.

Magnetismul temporar.O bar ă de oţel moale în stare naturală nu atrage pilitura de fier. Dacă bara de oţel moale se află într-un câmp magnetic puternic, atunci piliturade fier va fi atrasă . La încetarea acţiunii câmpului magnetic, bara nu vamai atrage pilitura de fier - bara de oţel moale devine nemagnetică decise poate spune că magnetismul ei nu este remanent.

Magnetism remanent.O bar ă de oţel dur călit aflată în vecinătatea unui magnetpermanent sau a unui câmp magnetic va deveni magnetică, şi vaconserva magnetismul după ce nu se va mai afla în vecinătateamagnetului permanent sau a câmpului magnetic Acesta estemagnetismul remanent.Materialele diamagnetice: materiale care sunt atrase de un magnet sausunt atrase în zona în care intensitatea for ţelor de câmp magnetic estefoarte intensă ;ele sunt obţinute din fier, fonte, oţel, nichel, cobalt,vanadium.

Materialele paramagnetice sunt materiale care nu sunt atrase de unmagnet sau sunt respinse în zona în care intensitatea for ţelor câmpuluimagnetic este foarte slabă; ele sunt obţinute din aluminiu, plumb, cupru,alamă.Câmp magnetic este spaţiul în care un magnet este activ şi este definitde liniile de câmp care pornesc de la polul nord spre polul sud almagnetului permanent.

N S

N S N S

NS





Câmpul magnetic este o formă de existenţă a materiei şi estecaracterizat de o mărime numită intensitate notată H şi o mărime numită inducţie magnetică - B care depinde de natura mediului în care semanifestă câmpul magnetic.

Curba de magnetizare – ciclul histerezis.Dacă o bar ă confecţionată din material magnetic se află în interiorul uneibobine parcursă de curent electric, ea se magnetizează pe măsur ă ce

intensitatea câmpului magnetic creşte inducţia magnetică ajungând până la valoarea S. Curba OAS se numeşte curba de primă magnetizare.Dacă intensitatea câmpului magnetic începe să scadă inducţia esteconservată numai în parte, bara este magnetizată . Pentru H=0 r ămâneo inducţie remanentă +BR. Pentru a anula această inducţie estenecesar ă inversarea câmpului magnetic până la valoarea –HC numită câmp magnetic coercitiv. Dacă intensitatea câmpului magnetic scadepână la valoarea –HS egală cu +HS dar de semn opus, inducţia B în bar ă are valoarea din S’ egală cu cea din S. Micşorând intensitatea câmpuluimagnetic din nou până la zero, se obţine inducţia –B R. Se observă că valoarea inducţiei magnetice se modifică în urma valorii intensităţiicâmpului magnetic, (histerezis înseamnă r ămâne în urmă). Suprafaţamarcată pe grafic se numeşte ciclu histerezis şi este propor ţională cuenergia consumată pentru modificarea stării de magnetizare amaterialului (energia necesar ă învingerii for ţelor de freca- re care apar întimpul orientării magneţilor moleculari ai materialului).

Linii de câmp

Câmpmagnetic





Clasificarea materialelor electrotehnice din punct de vedere magnetic

În funcţie de valoarea permeabilităţii magnetice relative μr , materialele seclasifică în materiale:diamagnetice;

paramagnetice;feromagnetice.Materiale diamagnetice sunt: hidrogenul, carbonul, argintul, aurul,cuprul, plumbul, zincul, germaniul, seleniul, siliciul etc. Ele aupermeabilitatea magnetică relativă subunitar ă, foarte apropiată deunitate.Materiale paramagnetice sunt: oxigenul, aluminiul, cromul, platina,manganul, radiul, potasiul etc. Ele au permeabilitatea magnetică relativă supraunitar ă, foarte apropiată de unitate.Materiale feromagnetice sunt: fierul, cobaltul, nichelul, gadoliniul şialiajele. Ele au permeabilitatea magnetică relativă mult mai mare decât

unitatea.Materialele feromagnetice sunt cunoscute sub denumirea de materialemagnetice.După modul în care materialele feromagnetice (magnetice) se comportă în câmp magnetic, se deosebesc :-materiale magnetic moi, care se pot magnetiza cu uşurinţă, dar se şidemagnetizează uşor;-materiale magnetic dure (tari) care se magnetizează greu, dar î şi menţinproprietăţile magnetice timp îndelungat.Materialele magnetic moi se utilizează în construcţii de maşini şiaparate electrice, transformatoare electrice, electromagneţi, relee.Materialele magnetic dure se utilizează în special în construcţiamicromaşinilor electrice şi în aparatura electrică specială.

Materiale magnetic moi

Cele mai utilizate materiale magnetic moi sunt: fierul, fonta, oţelul, aliajefier-siliciu, aliaje fier-siliciu-aluminiu, aliaje fier-nichel, aliaje fier-cobalt,ferite moi, pelicule feromagnetice, aliaje termocompensatoare, aliajemagnetostrictive şi materiale magnetice speciale.Caracteristicile magnetice ale materialelor magnetic moi sunt influenţate

de: compoziţia chimică, metode de elaborare, tratamente termice,solicitări mecanice etc. Prelucr ările mecanice (tăiere, ştanţare, găurire,presare) înr ăutăţesc proprietăţile magnetice, iar pentru eliminareaefectelor dăunătoare ale acestor prelucr ări, materialele magnetic moi sesupun unor tratamente termice.FIERUL constituie baza celor mai multor materiale magnetice, folosit înspecial în curent continuu, în circuitele magnetice, fiind cel mai ieftinmaterial feromagnetic. Este uşor de produs pe cale industrială, subdiferite forme şi dimensiuni.Se disting mai multe tipuri de fier: fierul tehnic pur, fierul electrolitic, fierulcarbonil.

Fierul tehnic pur are puritatea de 99, 50-99, 90 %, fiind cunoscut şi subdenumirea de fier magnetic, fier moale. Între 815 şi 1050 °C şi 260 şi 430





°C materialul este fragil şi în aceste domenii critice solicitările trebuieevitate.Fierul tehnic pur se foloseşte la realizarea miezurilor masive alecircuitelor magnetice care funcţionează în curent continuu.Fierul electrolitic este obţinut prin electroliză şi are un grad ridicat depuritate. Este utilizat la fabricarea aliajelor alni şi alnico sinterizate.Fierul carbonil este un material cu puritate mare şi prezintă avantajulfaţă de fierul electrolitic, de a avea proprietăţi magnetice superioarefierului tehnic pur, datorită purităţii lor ridicate. Fierul carbonil este utilizatla miezurile bobinelor din aparatura de radiofrecvenţă.FONTA este un aliaj de fier cu carbon, având procentul cel mai ridicat decarbon. Caracteristicile mecanice şi magnetice ale fontei sunt netinferioare celor ale oţelului. Fontele se utilizează în circuite magnetice decurent continuu.O Ţ ELUL se elaborează din fontă prin reducerea procentului de carbon.Oţelurile se utilizează în circuite magnetice supuse la solicitări mecanice

mari, în special unde se cere elasticitate mare. Având proprietăţimagnetice net superioare faţă de fontă, oţelul se utilizează şi la pieselestr ăbătute de flux magnetic, dar care nu sunt solicitate mecanic în moddeosebit, deoarece astfel se realizează piese de dimensiuni mult maimici, deci construcţii cu consum mic de material.

Aliaje fier- siliciu Aliajele fier-siliciu sunt materialele cele mai utilizate îndomeniul electrotehnic, deoarece au proprietăţi magnetice bune şi cucost redus. Prin alierea fierului cu siliciul creşte rezistivitatea electrică aaliajului. Aliajele fier-siliciu se utilizează în construcţia circuitelor magnetice care funcţionează în curent alternativ, la frecvenţă industrială sub formă de table (tole) subţiri realizate din tablă silicioasă laminată lacald sau la rece.

Aliaje fier-siliciu laminate la cald

Tabla silicioasă are o mare utilizare în industria electrotehnică, fiindfolosită la realizarea tolelor circuitelor magnetice ale maşinilor electrice,transformatoarelor, aparatelor de măsurat. Această tablă este, de fapt,oţel aliat cu siliciu în procent de 0,5-4,5%, fiind cel mai ieftin aliajmagnetic moale. Siliciul are proprietatea de a reduce rezistenţamecanică a aliajului (devine fragil ceea ce împiedică prelucrarea atât lacald cât şi la rece) dar, reduce pierderile prin curenţi turbionari. Creştereaprocentului de siliciu peste 5% duce la cre

ştere durit

ăţii aliajului. Tabla

silicioasă laminată la cald are grosimi de 0,3; 0,35; 0,5 mm. Tolele seizolează pe una sau pe ambele feţe. Izolarea se poate realiza prin oxiziice se află pe ambele feţe ale tolei, izolaţie satisf ăcătoare pentrumiezurile magnetice mici.

APLICAŢ II ALE MATERIALELOR MAGNETICE

Tole pentru transformator Miezuri cilindrice pentru bobine





Miezuri magnetice plate Magneţi permanenţi

Miezuri toroidale Microfon

Transformator cu miez SMD din tole de tablă silicioasă

Tole pentru transformator sunt folosite pentru realizarea miezurilor transformatoarelor din sursele de tensiune aparate de recepţie TV, radio,calculatoare, echipamente medicale, amplificatoare audio, etc.Miezurile liniare sunt folosite la realizarea bobinelor pentru monitoare,aparate de recepţie Tv., afişaje.Miezurile toroidale se folosesc în echipamentele de reglare atemperaturii, a vitezei, în regulatoarele automate de tensiune. Prezintă avantajul că liniile de câmp magnetic sunt concentrate aproape în întregime în miezul toroidal ceea ce elimină cuplajele magnetice cu altebobine.SMD – sunt miezuri magnetice de mare performanţă şi dimensiuni foartemici, sunt folosite la realizarea încărcătoarelor de baterie, a modemurilor,a echipamentelor de control a comunicaţiilor.

SMD = Surface Mounted Devices - dispozitive care se montează pesuprafaţă.SMA = Surface Mounted Assembley - procesul tehnologic de realizare aplăcilor de circuit imprimat echipate cu astfel de componente .SMT = Surface Mounted Technology tehnologia montării pe suprafaţă.

DIC Ţ IONAR






Pentru rezolvare trebuie să revezi capitolele de mate-riale bune conducătoare de electricitate, materialesemiconductoare, materiale electroizolante .

1.R=S

l ρ = 0, 01724*10

-6Ω m*

610*1

1000− 2

m

m=17,2Ω

2.a) A; b) F; c) A; d) A; e)A .

3.Deformaţie plastică în ambele cazuri.4.Proprietatea de plasticitate.5.Duritatea

6.

Luciu metalic SudabilitateaOpacitatea MaleabilitateaPlasticitatea ForjabilitateaDensitatea TurnareaFuzibilitatea DuctilitateaFluiditatea PrelucrabilitateaDilatareaDuritateaElasticitateaRezistenţa mecanică Conductibilitatea termică 7. Aliajul este un amestec omogen din mai multe metale obţinutprin topire. Proprietăţile pe care se bazează obţinerea lui suntfuzibilitatea şi fluiditatea.8. Staniul, aluminiul, mangan.9. Aluminiu, fier, zinc, beriliu, cadmiu10.Metale şi aliaje folosite la realizarea conductoarelor electrice: cupru, aluminiu, bronz cu cadmiu, bronz cu beriliu,aluminiu – magneziu – siliciu, fier 11.Metale şi aliaje folosite la realizarea componentelor maşinilor electrice: cupru, bronz cu argint, bronz cu zirconiu.13. Ordinea este :staniu, plumb, zinc. Staniul este cel mai uşor fuzibil.

14. Siguranţele fuzibile au rolul de a întrerupe cât mai repedecircuitul electric parcurs de un curent care depăşeşte valoareanominală Energia electrică se transformă în energie calorică prin efect Joule şi este cu atât mai mare cu cât intensitateacurentului este mai mare. Se foloseşte staniu la realizareasiguranţelor fuzibile deoarece temperatura de topire fiind joasă,energia calorică degajată de un curent electric mare, îl va topifoarte repede. O altă proprietate a staniului folosită la realizarea siguranţelor fuzibile este ductilitatea foarte bună care, per-mite realizarea de fire foarte subţiri .






.

15. Maleabilitatea16. Plumbul are o duritate foarte mică, este moale.Răspunsurile corecte sunt:17. c 18. c

19. a 20. a) A; b) A; c) F; d) A; e) F; f) F. 21. Conductoarele electrice nu trebuie să se atingă între ele Pentru a nu se conecta astfel la acelaşi potenţial deci pentru a nu sescurtcircuita Ele nu trebuie să fie atinse de utilizatori pentru ca intensitateacurentului electric să nu se scurgă prin rezistenţa corpului lor. Intensitateacurentului este cea care determină energia electric ă. Aceasta se transformă înenergie caloric ă 22. a)A; b)A; c)F;23.Rezistenţa de volum, rezistenţa de suprafaţă, constanta dielectrică,rigiditatea dielectrică.24. Rigiditatea dielectrică reprezintă proprietatea dielectricilor de a-şi pierde

proprietatea de izolator sub acţiunea câmpului electric. 25. Higroscopicitatea, densitatea, porozitatea, conductivitatea termică,stabilitatea termică, punctul de inflamabilitate, solubilitatea.26.

Materialepentru

dielectrici decondensatoare

Materialepentrucablaje

imprimate

Materialepentru

izolaţie decabluri

Materialepentru

conectori

MaterialePentru aliaje

de lipit

PolistirenCeramică

SticlaMicaHârtieUlei, aer

TextolitSticlotextolit

Pertinax

PVCPoliuretan

PolietilenaMaterialetextile

Bachelita Sacâz

27.Sticla pentru izolatoare Sticla pentru lămpi şi tuburi electronice-higoscopicitate foarte redusă,-rezistentă la acţiuneaagenţilor chimici

-rezistentă la variaţiibruşte de temperatur ă.

-rezistentă la temperaturi ridicate,-coeficient de dilatare cât mai apropiat decel al metalului din care se execută soclul.

-rezistentă la acţiunea vaporilor metalici-rezistentă la temperatura degajată deelectrozii din interiorul balonului de sticlă.-transparentă pentru radiaţiile ultraviolete

28. a) A; b) A; c) F.29.Rigid.diel.

10 –15kV/cm

30kV/cm

20-50kV/cm

50-70kV/cm

5075kV/cm

200-2500kV/cm

2000kV/cm

termor igid

Material

Colofoniu

şelac polietilena

Polistiren

PVC Muscovit

Flogopit

Copal





L U C R A R E A D E V E R IF IC A R E N R . 2

Instrucţiuni

Lucrarea de verificare , al cărei conţinut este prezentat mai jos, vă solicită uneleactivităţi care necesită cunoaşterea şi însuşirea conceptelor din unitatea de învăţare 2.Răspunsurile la întrebări vor fi transmise prin poştă tutorelui pentru corectare şieventuale comentarii. Pe prima pagină a lucr ării se vor scrie următoarele informaţii :titlul acestui modul (Materiale electronice şi electrotehnice), numărul lucr ării deverificare ( Nr.2) numele cursantului şi adresa.Rezolvarea cu succes a acestei lucr ări vă poate ajuta să obţineţi 6 % din punctajulnecesar absolvirii modulului.Vă recomand să scrieţi clar r ăspunsurile şi dacă este posibil, realizaţi o redactarecomputerizată. Pentru comentariile tutorelui, lăsaţi o margine de 5 cm şi aceeaşi

distanţă între r ăspunsuri. Pentru securitatea lucr ării vă recomand să scrieţi numelecursantului pe fiecare pagină.

1.Realizaţi un glosar de termeni structurat pe următoarele capitole: 1.Metale şialiaje,

2.Materiale semiconductoare3.Materiale electroizolante4.Materiale magnetice

Fiecare capitol va cuprinde termeni referitori la proprietăţile fizice, electrice şimecanice. 15 PUNCTE

2. Calculaţi suprafaţa unor conductoare electrice realizate din aluminiu, cupru şi fier care sunt echivalente (au rezistenţa electrică de 10 Ω şi lungimea de 100 m) şi

treceţi valorile într-un tabel. 15 PUNCTE 3. Calculaţi masa fiecăruia dintre conductoare şi treceţi rezultatele în tabelul realizatla punctul1. 15 PUNCTE 4.Comparaţi datele existente în tabelul realizat la punctul 1 despre conductoareledin aluminiu, cupru şi fier şi numiţi metalul corespunzător calităţilor indicate pescara de mai jos:

- Proprietăţi electrice -Proprietăţi electrice -Proprietăţi bune în c.c ,bune şi în c.c şi în c.a bune şi în c.c şi în c.a slabe în c.a.-Uşor -Foarte uşor -Greu-Se acoper ă cu oxid protector - Se acoper ă cu oxid protector -Coroziv-Preţ de cost ridicat -Preţ de cost scăzut -Preţ de cost scăzut

10 PUNCTE5. Argumentaţi de ce alegeţi un anumit tip de metal pentru realizarea diferitelor conductoare electrice: pentru bobine de releu, pentru transportul energiei electrice,pentru alimentarea cu energie electrică a motoarelor de troleibuz.15 PUNCTE 6. Argumentaţi de ce alegeţi un anumit tip de dielectric pentru realizareacondensatoarelor. 15 PUNCTE 7. Argumentaţi folosirea siliciului la realizarea dispozitivelor semiconductoare. (Pentru rezolvarea acestei teme veţi consulta şi conţinutul unităţii de învăţareComponente active de circuit). 15 PUNCTE





Bibliografie1. M. Albert, Gh. Burlacu, Gh. Bănăţeanu,

V.T.Mărculeţiu, M Zapan, “Chimie generală”, EdituraDidactică şi Pedagogică. Pag. 258 – 280, 359, 428 -

432,2. Ileana Fetiţa şi Al. Fetiţa , “Manual de studiul

materialelor” Editura didactică şi pedagogică, 1992,Pag. 3 – 111.

3. F. N. Dr ăgulănescu, Constantin Miroiu, Doina Moraru,“A,B,C…Electronica în imagini”, Editura Tehnică,1990, Pag 31-34, 50-65, 76, 129-135.

4. Ovidiu Hătăr ăscu “Metalele în epoca actuală, EdituraAlbatros,1982

5. Emil Vinţeler 2 Dicţionar de de fizică teoretică2,

Editura Enciclopedică, Bucureşti 19996. Mariana Robe ,coordonator, ”Manual pentru pregătirede bază, domeniul electric”, Editura Economică,Preuniversitaria, 2000., Pag. 92-135



Elemente pasive de circuit Rezistoare, Condensatoare, Bobine


UNITATEA DE ÎNVĂŢARE NR.3ELEMENTE PASIVE DE CIRCUIT REZISTOARE,CONDENSATOARE, BOBINE

Capitol Pagina


3.1. Rezistoare 72

3.2. Condensatoare 82

3.3. Bobine 91


Lucrarea de verificare nr. 3 97Bibliografia 99

OBIECTIVE:

Într-un circuit electric exist ă:- sursă de energie electric ă Unul sau mai mul ţ i consumatori care alc ătuiesc grupade elemente de circuit pasive: rezistoare,condensatoare, bobine- elemente electronice care au rolul de a amplifica,dirija sau bloca fluxul de energie, care sunt cunoscuteca elemente de circuit activeDupă studiul acestei unit ăţ i de înv ăţ are:- vei şti să recunoşti elementele de circuit pasive:rezistoare, condensatoare, bobine, după aspect fizic,marcaj, simbol

- vei putea să precizezi parametrii nominali pentru rezistoare, condensatoare, bobine după marcaj - vei şti să realizezi scheme cu rezistoare şi condensatoare legate în serie, paralel şi mixt,selectând elementele din cataloage- vei fi capabil să calculezi rezistenţ e şi capacit ăţ i echivalente pentru scheme cu rezistoare,condensatoare legate în serie, paralel şi mixt





3.1. Rezistoare

Rezistoarele sunt elemente de circuit cu rolull de limitare a valoriicurentului electric. Mărimea fizică specifică este rezistenţa electrică. Denumire dată de

cunoscutul fizician german Ohm Georg Simon care, pe caleexperimentală, a descoperit legea care îi poartă numele.

R – rezistenţa rezistorului, măsurată în ohm – Ω

I – curentul prin rezistor, măsurat în amperi – AU – tensiunea electrică aplicată la capetele rezistorului, măsurată în volţi – VObservaţie: rezistorul este obiectul în sine, iar rezistenţa este mărimeafizică caracteristică lui.

Constructiv, rezistoarele sunt executate din materiale conductoare. Valorea rezistenţei unui conductor depinde de: materialul din care este construit rezistorul. Fiecare materialconductor are o rezistivitate proprie ρ ( definită ca rezistenţa unui conductor din

materialul respectiv de lungime şi secţiune egale cu unitatea).ρ- rezistivitatea exprimată în Ω mm2 /m

1 Ω mm2 /m=10-6 Ω m dimensiunile conductorului

l- lungimea conductorului exprimată în metri ms – secţiunea transversală conductorului exprimată mm2

Legea lui Ohm:Într-un circuit electric format dintr-o rezistor de rezistenţă R alimentat cu otensiune U se va stabili circulaţ ia unui curent

I = U/R

R= ρ l/ s





Calculaţi rezistenţa electrică a unui condensator din cupru de lungime1m şi secţiune rotundă cu diametru de 1mm.Rezolvare: Din tabelul de la unitatea de învăţare nr.1 pentru cupru ρ =0,017 Ω mm2/m =1,7 x 10-8 Ωm, secţiunea ( aria ) conductorului rotund s= пd2/4 = 3,14 x 10 –6 /4 = 0,785 x10 -6 m2 Rezultă R= ρ l/ s= 1,7 x 10-8 /o,785 x10 -6 =2,165 x 10 -2 Ω = 0,216 Ω

Simbolul rezistoruluiRezistoarele pot fi identificate în schemele electrice după semnul demai jos.

R

Legarea rezistoarelor în circuit Într-un circuit electric pot fi conectate unul sau mai multe rezistoare carepot fi legate între ele şi la sursă în mod diferit:1. Legarea rezistoarelor în serie se obţine legând rezistoarele unuldupa celălalt astfel încât toate rezistoarele sunt parcurse de acelaşicurent.

A BR1 R2 R3

Re A B

Fig. 3.1. Legarea în serie a rezistoarelor

Cele trei rezistoare pot fi înlocuite cu un rezistor fictiv de rezistenţă Re(rezistenţa echivalentă ). Această înlocuire nu trebuie să schimbe valorile

iniţiale ale intensităţii curentului electric şi nici pe cele ale tensiuniielectrice.Pentru legarea în serie, rezistenţa echivalentă este Re = R1+R2+R3Divizorul de tensiune ( fig.2.3) este un circuit alcătuit din două rezistoare în serie în scopul de a obţine o tensiune mai mică decâttensiunea U a sistemuluiUCD < U AB

UCD = U x R2 / (R1 + R2)

APLICAŢII





R1 R2

U

A B

C DU1 U2

Fig. 3.2. Divizorul de tensiune

Dacă rezistenţele sunt egale R1=R2, tensiunea sursei se va repartiza înmod egal pe cele două rezistoare.Legarea rezistoarelor în paralel. În acest caz toate rezistoarele auaceeaşi tensiune la borne. Rezultă: Valoarea rezistenţei echivalentepentru legarea în paralel pentru rezistoarele din figura 3.3 secalculează cu ajutorul următoarei formule:

1/ Re = 1/R1+1/R2+1/R3

A

R 1

BR e

R 2

R 3

A

B

Fig. 3.3. Legarea în paralel a rezistoarelor

Divizorul de curent ( fig.3.4) este un circuit din două rezistoarelegate în paralel cu scopul de a obţine pe una din laturi un curentmai mic decât cel principal I (I1 < I; I2 < I).

R1

R2

I1

I2

I

Fig. 3.4. Divizorul de current





1. Calculaţi rezistenţa echivalentă a 4 rezistoare montate în serie,cunoscând valorile: R1 = 100 K Ω, R2 = 150 K Ω, R3 = 200 K Ω, R4 = 1K Ω Rezolvare:R4 = 1 K Ω = 1000 K Ω Re = R1 + R2 + R3 + R4 = 100 + 150 + 200 + 1000 = 1450 W = 1,45 K Ω

2. Calculaţi curenţii I1 şi I2 din laturile unui divizor de curent ( Fig. 3. 4)Rezolvare: Rezistenţa echivalentă a celor două rezistoare montate înparalel este Re = R1 x R2 / (R1 + R2)Tensiunea la borne, calculată cu ajutorul legii lui Ohm, este U= I x Re

Curentul prin latura 1 este I1 = U / R1 = I x Re / R1 Înlocuind Re se obţine I1 = I x R2 / (R1 + R2)Curentul prin latura 2 esteI2 = U / R2 = I x Re / R2

Rezultă I2 = I x R1 / (R1 + R2)Se observă că cei doi curenţi I1 şi I2 reprezintă fiecare doar o fracţiunedin curentul principal.Dacă R1= R2, atunci I1= I2.Legarea mixtă a rezistoarelor În acest caz există în circuit cel puţin 3 rezistoare din care două înparalel.

A

R 1

BR e

R 3

R 1

B A

AR 1 2 R 3

B

Fig. 3.5. Legarea mixtă a rezistoarelor

APLICAŢII





Calculaţi rezistenţa echivalentă a unui grup de trei rezistoare R1, R2,

R3, legate mixt ( fig. 3.5).Rezolvare: Se observă că rezistenţele R1 şi R2 sunt legate în paralel şipot fi înlocuite cu o rezistenţă echivalentă 1 / R12 = 1 / R1 + 1 / R21 / R12= (R2+ R1) / R1 x R2R12= R1 x R2 / (R2+ R1)Circuitul cu 3 rezistoare se poate înlocui cu un circuit cu 2 rezistoareformat din: rezistorul cu rezistenţa echivalentă R12 şi rezistorul curezistenţă R3. Se observă că R12 şi R3 sunt legate în serie. Rezultă rezistenţa echivalentă pentru întreg sistemul Re:Re= R12+R3

Înlocuind valoarea lui R12 se obţine:Re= R1 x R2 / (R2+ R1) + R3


Citeşte afirmaţiile de mai jos ( 1,2,3 ) şi notează în dreptul lor litera A,dacă afirmaţia este corectă şi litera F, daca apreciezi că afirmaţia estefalsă:

1. Rezistoarele sunt elemente de circuit cu rolul de limitare a tensiuniielectrice.

2. Valoarea rezistenţei electrice a unui conductor nu depinde dematerialul din care este confecţionat.

3. Rezistoarele legate în serie sunt str ăbătute de acelaşi curent.4. Care este valoarea intensităţii curentului prin circuitul din figura

3.1. în cazul în care la borne se aplică tensiunea U AB = 100 V?Se cunosc: R1 =2 Ω ; R2 = 3 Ω şi R3 = 20 Ω

5. Care este valoarea rezistenţei echivalente pentru circuitul dinfigura 3.3. Se cunosc: R1 =2 Ω ; R2 = 3 Ω şi R3 = 10 Ω

APLICAŢII





Parametrii nominali ai rezistoarelor Prin parametrii nominali se înţeleg acele mărimi caracteristice pentrucare un obiect a fost proiectat, executat şi urmează să fie întrebuinţat.Dacă una din caracteristici nu este respectată obiectul se poate distruge.Cunoaşterea parametrilor nominali ai obiectului este importantă pentru aputea evalua posibilităţile de folosire a acestuia. În cazul rezistoarelor parametrii nominali sunt: Rezistenţa nominală – Rn – reprezintă valoarea rezistenţei pentrucare este construit rezistorul ( masurată la temperatura mediului ambiantde 20o C ). Unitatea de măsur ă este Ω - ohm. Toleranţa admisă pentru rezistenţa nominală. În urmaprocesului tehnologic de obţinere a rezistoarelor nu toate pot aveavaloarea rezistenţei egală cu cea nominală. Sunt admise valori în plussau în minus, dacă nu depăşesc anumite limite. Toleranţa se exprimă înprocente. Puterea nominală – Pn – reprezintă puterea disipată de rezistor,

f ăr ă ca acesta să se încălzească peste limitele admise.Unitatea demăsur ă este w- watt. Coeficientul de variaţie al rezistenţei cu temperatura α – este ocaracteristică a materialului din care este confecţiont rezistorul. Tensiunea nominală Un- reprezintă tensiunea maximă la carepoate fi utilizat rezistorul f ăr ă ca izolaţia acestuia să fie deteriorată.Unitatea de măsur ă este V- volt.

Clasificarea rezistoarelor Rezistoarele au largă utilizare în practică, atât în domeniul electronicii şiautomatizării ( domeniul curenţilor slabi ) cât şi în domeniul electrotehnicii(domeniul curenţilor tari ).

Pentru a putea acoperi aria largă de utilizare este creată o gamă variată de rezistoare.





REZISTOARE UTILIZATE ÎN DOMENIUL CURENŢILOR SLABIDin punct de vedere al materialului şi atehnologiei de execuţie se cunosc:

Din punct de vedere al posibilităţii dereglare a valorii rezistenţei în timpulfuncţionării se cunosc:

Rezistoare bobinate – sunt realizate din

material conductor înf ăşurat pe un suportizolant ( din sticlă, fire de sticlă sau materialceramic). Se folosesc materiale curezistivitate mare: aliaje pe bază de fier,nichel, aluminiu, siliciu, crom. Pentruutilizarea în mediu umed se acoper ă cu lac,email sau glazur ă de por ţelan.Rezistoare chimice ( Fig.A) - se obţin prindepunerea prin electroliză a unui strat degrafit pe un suport ceramic.

Rezistoare fixe – La care valoarea

rezistenţei este constantă pe tot timpulfuncţionării. Pot fi realizate atât ca rezistoarebobinate cât şi ca rezistoare chimice.Rezistoare reglabile liniar - La carevaloarea rezistenţei poate creşte/ descreşteliniar ( f ăr ă salturi ) în timpul funcţionării. Acestea se numesc potenţiometre şi audouă borne fixe şi o bornă formată dintr-uncursor care alunecă pe suprafaţarezistorului. Pot fi rectilinii sau circulare ( cuax de rotire Fig. 3.7).

Rezistoare variabile neliniar - Valoarearezistenţei poate creşte/ descreşte în salturi- în timpul funcţionării în cazul modificării unor parametrii exteriori.1Termistoare - rezistenţa acestora scadecând temperatura creşte. Se construiesc dinoxizi de crom,mangan,fier,cadmiu saunichel.2. Varistoare - rezistenţa acestora scadecând creşte tensiunea la borne.

Fig.A. Rezistoare chimice





Marcarea rezistoarelor. Rezistoarele chimice au dimensiuni foarte mici. Pentru marcarealor se foloseşte un cod al culorilor şi un cod de litere şi cifre.

Marcarea rezistoarelor prin codul culorilor Culoare Prima bandă

Prima cifr ă

semnificativă

A doua bandă A doua cifr

ă

semnificativă

A treia bandă Coeficient demultiplicare

A patra bandă Toleran

ţa

Argintiu - - 102 +10%Auriu - - 10-1 +5%Negru - 0 1Maro 1 1 10 +1%Rosu 2 2 102 +2%Portocaliu 3 3 103

Galben 4 4 104

Verde 5 5 105

Albastru 6 6 106

Violet 7 7 107

Gri 8 8 108

Alb 9 9 109

Nici o culoare - - - +20%

Fig. 3.6. Rezistor 47 K Ω + 10%

a. Marcarea după codul culorilor Rezistoarele sunt marcate la unul din capetele lor cu patru benzi colorate(Fig.3.6).Prima bandă reprezintă codul culorii pentru prima cifr ă semnificativă, în acest caz:

- prima bandă ( galben ) corespunde cifrei 4- a doua bandă ( violet ) corespunde cifrei 7- a treia bandă ( portocaliu ) corespunde coeficientului demultiplicare 103 (K - kilo)- a patra bandă ( argintiu ) corespunde toleranţei + 10%Rezistorul are valoarea 47 x 1K = 47 K Ω + 10%

b. Marcarea după codul de litere şi cifre Acest cod este constituit din trei sau patru caractere. Literele înlocuiescvirgulele zecimale. Ele reprezintă: K- 103 ( kilo), M- 106 ( mega), G- 109

(giga), T- 1012 ( terra). Pentru marcarea toleranţei ( exprimată în

procente) se foloseşte următorul cod de litere: B = 0,1 %; C= 0,25; D=5; F= 1%; G= 2%; J= 5%; K= 10%; M= 20 %; N= 30% .





REZISTOARE UTILIZATE ÎN DOMENIUL CURENŢILOR TARI

Din punct de vedere al materialului şitehnologiei de execuţie se cunosc:

Din punct de vedere al modificăriivalorii rezistenţei în timpul funcţionăriise cunosc:

Rezistoare bobinate – Sunt executate dinsârmă din oţel galvanizat, constantan,crom-nichel, nichelină bobinată pe supor ţiceramici sau liber ondulată f ăr ă supor ţi. Potfi şi din bandă de crom nichel sauconstantan.Rezistoare din fontă – Sunt obţinute printurnare în forme ondulateRezistoare din tablă – Sunt executate dintabla de oţel cu siliciu acoperită pringalvanizare.

A. Rezistoare fixe – La care valoarearezistenţei este constantă pe tot timpulfuncţionării. Pot fi realizate ca rezistoarebobinate .B. Rezistoare reglabile cu variaţia liniar ă a rezistenţei – La care valoarea rezistenţeipoate creşte/ descreşte liniar ( f ăr ă salturi ) în timpul funcţionării. Acestea se numescreostate şi pot fi: 1. reostat cu cursor– are două borne fixeşi o bornă formată dintr-un cursor carealunecă pe suprafaţa rezistorului.2. reostat cu lichid – format dino cuvă cusoluţie de sodă cu apă în care două paletese pot scufunda sau ieşi din soluţie.Valoarea maximă a rezistenţei se obţinecând paletele sunt introduse complet însoluţie .C.Rezistoare reglabile cu variaţia în

trepte (în mici salturi) a valorii rezistenţei- Reostat cu ploturi

Fig. 3.7. Potenţiometru circular

O categorie aparte o reprezintă rezistoarele de încălzire: pentru cuptoare sunt confecţionate din sârmă sau bandă fixată direct pe pereţii cuptoarelor; pentru încălzirea lichidelor ( apă, ulei ) sunt confecţionate dinspirale de crom nichel şi introduse în tub din oţel inoxidabil






6. Precizaţi care sunt parametrii nominali ai rezistoarelor.

7. Explicaţi modul de obţinere al rezistoarelor chimice.

8. Explicaţi cum se poate regla valoarea rezistenţei la bornele B1B2

ale potenţiometrului circular din fig. 3.7.

9. Ce valoare are rezistorul de mai jos?

Verde, Albastru, Galben, Maro

10. Precizaţi tipurile de reostate.






3.2. Condensatoare

Condensatoarele sunt elemente de circuit formate din două armături(plăci din material conductor ) separate printr-un dielectric ( materializolant ).

Prin aplicarea unei tensiuni la bornele condensatorului pe armăturileacestuia apar sarcini electrice egale şi de semn contrar - are loc

încărcarea condensatorului.Descărcarea constă în neutralizarea sarcinii printr-un circuit exterior lacare se leagă condensatorul.Mărimea fizică specifică a condensatoarelor este capacitateaelectrică C. Prin definiţie reprezintă raportul dintre sarcina electrică Q cucare se încarcă armăturile condensatorului şi tensiunea U care se aplică pe armături.

C – capacitatea măsurată în Farad – FQ – sarcina electrică măsurată în Coulomb – CU – tensiunea electrică măsurată în volţi - V

În funcţie de mărimile constructive ale condensatorului valoareacapacităţii este:C= ε A/D= ε 0 ε r A/d

ε – permitivitatea absolută a dielectricului masurată în F/m ( farad /metru)ε 0 – permitivitatea vidului = 1/4π x 9 x 109 F/mε r – permitivitatea relativă a dielectricului masurată în F/m A – suprafaţa armăturii măsurată în m2

D – distanţa dintre armături măsurată în m

Capacitatea electrică C=Q /U





Simbolul condensatorului

Condensatoarele pot fi identificate în schemele electrice după semnul demai jos.

Legarea condensatoarelor în circuit

În practică, într-un circuit pot exista mai multe condensatoare. Toatesituaţiile pot fi reduse la modul de legare în serie, paralel şi mixt.

Legarea în serie a condensatoarelor

C1 C3 B A

Ce B A

Fig. 3.8. Legarea în serie

În cazul legării în serie cele două condensatoare se încarcă cu sarcinielectrice egale. Ele pot fi înlocuite fictiv cu un singur condensator careare capacitatea echivalentă – Ce, calculată cu formula1/Ce = 1/C1 + 1/C2sau Ce = C1x C2 / (C1 + C2)





Legarea în paralel a condensatoarelor C1

C2

C3

A B

Ce A B

Fig. 3.9. Legarea în paralel a condensatoarelor

În cazul legării în paralel a condensatoarelor tensiunea la bornele lor

este aceeaşi, dar fiecare se încarcă cu altă sarcină.Capacitatea echivalentă este:Ce = C1 + C2 + C

1. Calculaţi capacitatea echivalentă a două condensatoare legate înserie ştiind că: C1 = 1μ F si C2 = 4 μ F

Rezolvare: 1μ F=10-6 F; 4μ F=4 x 10-6 F;Ce = C1 x C2 /( C1 + C2) = 10 -6 x 4 10-6 / (10-6 + 4 10-6) = 0,8x 10-6

F=0,8 μ F2. Calculaţi capacitatea echivalentă a două condensatoare legate înparalel. Valorile capacităţilor sunt: C1 = 3 μ F, C2 = 4 μ FRezolvare: 3μ F= 3x10-6 F; 4μ F=4 x 10-6 F;Ce = C1 + C2 = 3x10-6 + 4 x 10-6 = 7 x 10-6 F=7 μ F3. Cu ce sarcină se încarcă fiecare condansator dacă la borne seaplică o tensiunea electrică U = 1 KV?Rezolvare: 1KV = 1000 V = 103V3 μ F = 3 x 10-6F; 4 μ F = 4 x 10-6Fq1 = U x C1 = 103 x 3 x 10-6 = 3 x 10-3 C = 3000 μ Cq2 = U x C2 = 103 x 4 x 10-6 = 4 x 10-3 C = 4000 μ C

Sarcina condensatorului echivalent esteqe = U x Ce = 103 x 7 x 10-6 = 7 x 10-3 C = 7000 μ CDin rezultat observăm că: qe = q1 + q2. Rezultă că sarcinile q1 si q2sunt direct propor ţionale cu capacităţile.Observaţie:Un coulomb este o valoare mare pentru sarcini. În practică valorilecondensatoarelor sunt de ordinul microfarazilor(1μ F=10-6 F),

nanofarazilor (nF=10

-9

F), sau picofarazilor(1p F=10

-12

F).

APLICAŢII





Legarea mixtă a condensatoarelor :

C3

C2

C1

A B

C13 A C2 B

A Ce B

Fig3.10. Legarea mixtă a condensatoarelor

În figura 3.10 este exemplificat cazul legării mixte a condensatoarelor:

C3 în serie cu două condensatoare în paralel ( C1 şi C2). Aplicândsuccesiv relaţiile pentru condensatoarele în paralel şi apoi pentrucondensatoarele în serie se obţine formula capacităţii echivalente Ce=C3( C2+ C1)/( C1+C2+C3)

Parametrii nominali ai condensatoarelor:

Capacitatea nominală C a unui condensator reprezintă valoareacapacităţii pentru care condensatorul a fost construit – unitatea sa demăsurată este Farad- F.

Constanta dielectrică sau permitivitatea reprezintă raportul dintre

capacităţile condensatorului în două situaţii: cu dielectricul prevăzut înconstrucţie şi cu dielectricul aer (sau vid).

Coeficientul de temperatur ă al capacităţii – Kt reprezintă variaţiacapacităţii electrice a condensatorului cu temperatura.Capacitetea secalculează după următoarea formulă:

Ct = Ct0[ 1+Kt(t-t0)]

Ct – capacitatea la temperatura tCto – capacitatea la temperatura mediului ambiant t0 K

t – coeficientul de temperatur

ăa capacit

ăţii

t – temperatura de lucrut – temperatura ambiantă Tensiunea nominală Un reprezintă tensiunea care se poate aplicala bornele condensatorului la temperatura maximă de funcţionare. Rezistenţa de izolaţie Riz. Tensiunea de încercare Ui – valoarea tensiunii care se poateaplica timp de 1 min. la bornele condensatorului f ăr ă ca dielectricul să sedistrugă (să nu se producă str ăpungeri).

Marcarea condensatoarelor se face folosind:

- codul culorilor - codul de litere şi cifre





MARCAREA CONDENSATOARELOR PRIN CODUL CULORILOR

MARCAREA CONDENSATOARELOR PRIN CODULCULORILOR

Culoare Cifrasemnificativă

Coeficient demultiplicare

Tensiunede lucru (V)

Negru 0 100 -Maro 1 101 250Roşu 2 102 500Portocaliu 3 103 2000Galben 4 104 1500Verde 5 105 2000Albastru 6 106 2500Violet 7 107 3000

Cenuşiu 8 5000Alb 9 7000Auriu - 0,1 -Argintiu - 0,01 -

Exemple pentru marcarea condensatoarelor după codul de litere şi cifre

VALOAREA CAPACITĂŢII CODUL DE MARCARE0,1 pF P 10

1,5 nF 1 n 53,32 μ F 3 μ 32





Clasificarea condensatorelor Condensatoarele se fabrică într-o gamă foarte variată şi se clasifică după mai multe criterii.

Din punct de vedere al

regimului de lucru secunosc:


posibilităţii de reglare avalorii capacităţii în timpulfuncţionării se cunosc:


materialului şi tehnologiade execuţie pentru carcasă se cunosc:

Condensatoare pentru:- curent continuu- curent alternativ lafrecvenţa reţelei (50 Hz)- frecvenţe înalte (peste 1KHz)

Condensatoare:- fixe(capacitatea esteconstantă pe tot timpulfuncţionării)- variabile (capacitatea sepoate regla în timpulfuncţionării)

- semireglabile (ajustabile)-(capacitatea se poate reglafin timpul funcţionării printr-un)

Condensatoare:- în carcasă de materialplastic (polistiren, r ăşină epoxidică)- în carcasă metalică ( tub dealuminiu, carcasă din tablă de oţel )

- ceramice

Clasificarea condensatoarelor în funcţie de natura dielectricului

SolidGazos

anorganic organic

Electrolitic

Condensatoare- fixe cu aer- serealizează din mai multeplăci din alamă argintată sau aluminiu, distanţate între ele prin supor ţiceramici- variabile cu aer- sunt

realizate din pachetemobile de lamele numiterotor care se introduc,prin rotire, între lamelelefixe (stator )- (Fig.3.13)- semireglabile cu aer- numite şi trimeri; pot fi cuarmături cilindrice sau cuarmături plane

Condensatoare- cu mică- alcătuitedin folii metalicefoarte subţiri întrecare se fixează plăci de mică - ceramice- audielectricul din

plăcuţe ceramiceiar armăturile seobţin prinargintarea celor două feţe aleplăcuţelor

Condensatoare- cu hârtie impregnată încear ă, uleiuriminerale sausintetice.Se obţinprin rularea foliilor de aluminiu între

care se găsesc maimulte straturi dehârtie ( Fig.3.11).- pe pelicule dinmaterial plastic-folosesc cadielectric peliculesubţiri din materialeplastice şi aurezistenţă deizolaţie ridicată

Condensatoareelectrolitice- aula bază reacţiachimică dintre unelectrolit ( acidboric) şi un metal(aluminiu, tantal) în urma căreia se

formează un oxidizolant care estedielectricul(Fig.3.12)





Domenii de utilizare:Condensatoarele sunt folosite în: domeniul electronicii ( al curenţilor slabi ): în radiotehnică şiteleviziune pentru realizarea schemelor de oscilatoare; în telefonie şitelegrafie pentru separarea circuitelor de curent continuu şi alternativ; în

automatică, în măsur ări electrice, în tehnica fotografierii. domeniul electrotehnicii (al curenţilor tari): în instalaţiile detransport şi distribuţie; în instalaţiile de alimentare ale motoarelor electrice de putere mare.

Fig.3.11. Condensatoare cu dielectric din hârtie

Fig.3.12. Condensatoare electrolitice

Fig.3.13. Condensator variabil cu aer






Citeşte afirmaţiile de mai jos şi notează în dreptul lor litera A, dacă afirmaţia este corectă şi litera F, daca apreciezi că afirmaţia este falsă:11. Capacitatea electrică este mărimea specifică a condensatoarelor şi este directpropor ţională cu sarcina Q de pe armături şi invers propor ţională cu tensiunea labornele condensatorului.12. Capacitatea electrică depinde de: dimensiunile condensatorului şi naturadielectricului.13. Valorile capacităţilor sunt de ordinul KF.

14. Precizaţi tipurile de condensatoare după natura dielectricului.

Rezolvarea o vei realiza în spaţiul liber din casetă.Verificarea corectitudinii rezolvării o poţi face consultând r ăspunsurile şicomentariile de la pagina 95

Lucrare de laborator Tema: Rezistoare, condensatoare1.Obiective : Identificarea rezistoarelor şi a condensatoarelor după simbol şi marcare.2. Aparate şi materiale necesare: rezistoare / condensatoare de diferitevalori, ohmetrul, capacimetrul3. Desf ăşurarea lucr ăriiSecvenţele de lucru1. Folosind codul culorilor şi codul literelor şi cifrelor se identifică tipul şiparametrii rezistoarelor / condensatoarelor.Rezultatele observaţiilor se vor trece în tabel.2. Se măsoar ă valorile rezistenţelor / capacităţilor cu ajutorul ohmetrului/ capacimetrului şi se trec în tabel.3. Realizarea referatului şi notarea observaţiilor din timpul efectuăriiidentificării şi măsur ării. În timpul lucr ării se va observa:- ordinul de mărime al rezistenţei / capacităţii- diferenţa dintre valorile inscripţionate şi cele măsurate.

APLICAŢII





REFERAT

Nr. elementecircuit

Tipulelementului

Parametriiidentificaţi

Valoareamăsurată pentrurezistenţă

Valoareamăsurată pentrucapacitate





3.3. BobineBobinele sunt elemente de circuit realizate prin înf ăşurarea unuiconductor astfel încât să formeze una sau mai multe spire. Dacă printr-o bobină circulă un curent electric - i, în jurul acesteia se formează un câmp magnetic de flux- Ф.Mărimea fizică specifică bobinelor este inductivitatea ( inductanţa )L măsurată în henry - H.Valoarea inductivităţii este propor ţională cu fluxul magnetic şiinvers propor ţională cu valoarea intensităţii curentului electric

L = Ф / i

L – inductivitatea măsurată în henry -HФ.- fluxul magnetic măsurat în weber i – intensitatea curentului măsurată în amperi A.Inductivitatea proprie a unei bobine depinde de :- materialul din care este confecţionat miezul acesteia; fiecare materialavând permeabilitatea magnetică proprie - μ ( măsurată în H/mhenry/metru)- dimensiunile conductorului:

– lungimea conductorului- l ( măsurată în metri-m) – secţiunea transversală a conductoruluil s ( măsurată în milimetri

pătraţi mm2)

– numărul de spire N (mărime adimensională)Relaţia de dependenţă a inductivităţii faţă de mărimile constructive ale

bobinei este dată de următoarea formulă:L = μN2 s / l Simbolul bobineiÎn schemele electrice bobinele pot fi identificate după semnul de mai jos.

Parametrii nominali ai bobinelor: Tensiunea nominală - Un este tensiunea pentru care se

dimensionează izolaţia bobinei Tensiunea de serviciu - Us este tensiunea la care bobinalucrează un timp nelimitat. Valorile tensiunilor nominale şi de serviciusunt standardizate. Rezistenţa - R a bobinei (în cazul în care bobina funcţionează încurent continuu). Reactanţa inductivă- XL a bobinei (în cazul în care lucrează încurent alternativ ). Factorul de calitate - Q este raportul dintre reactanţa inductivă (mărime evidenţiată când bobina funcţionează în curent alternativ ) şirezisten

ţa ei.





Elementele constructive ale bobinei

Bobina se realizează prin înf ăşurarea unui conductor pe un miezmagnetic şi este protejată de o carcasă.1. Carcasa este realizată din material electroizolant: carton

electroizolant, materiale plastice, materiale ceramice, pertinax. Bobinelemontate în interiorul unui aparat sau al unei maşini electrice pot fi f ăr ă carcasă.2. Înf ăşurarea ( bobinajul ) este din material conductor. În funcţie dedomeniul de utilizare poate fi din cupru argintat izolat cu email saumătase pentru frecvenţe foarte înalte; sau cupru cu secţiuni rotunde şialuminiu în secţiune pătrată sau dreptunghiular ă pentru celelalte domeniide utilizare. Bobinajul se poate realiza într-un strat sau mai multe straturiizolate între ele cu hârtie pelur, ţesătura din sticlă lăcuită sau nelăcuită,bandă izolatoare. Ultimul strat este din izolaţie Se utilizează:- bobine concentrate (conductorul este înf ăşurat direct pe miez) folosite

în construcţia transformatoarelor, maşinilor şi aparatelor electrice- bobine repartizate ( spirele sunt aşezate în crestăturile miezuluimagnetic ) folosite în construcţia maşinilor electrice.3. Miezul magnetic se realizează din materiale magnetodielectrice saudin ferite. Are rolul de a întări câmpul magnetic produs de înf ăşurareatunci când aceasta este parcursă de un curent electric.

Clasificarea bobinelor

În funcţie de domeniile de utilizare bobinele pot fi: Bobine pentru înaltă frecvenţă ( radiofrecvenţa ). Sunt construitecu sau f ăr ă carcasă din conductori de cupru, miez din oţel special (ferită).Se întâlnesc în domeniul radiocomunicaţiilor. Bobine de joasă frecvenţă utilizate în construcţia aparatelor electriceşi a transformatoarelor. Sunt bobine concentrate. Pot fi cu sau f ăr ă carcasă. Bobine de audiofrecvenţă utilizate pentru cuplaje între etajeleamplificatoarelor. Bobine de inducţie utilizate la aparatele electromedicale şi în cazulaprinderii motoarelor cu ardere internă.

După forma lor bobinele pot fi: Cilindrice Paralelipipedice Toroidale






Completează spaţiile libere, astfel încât frazele să exprime unadevăr:15. Mărimea fizică specifică bobinelor este -------------------------------------------- L măsurată în ---------------------.

16. Valoarea inductivităţii este propor ţională -------------------------- şi invers propor ţională cu --------------------------------------------

17. Desenaţi simbolul bobinei

18. Indicaţi principalele elemente constructive alebobinelor precizând tipul de material utilizat înconstrucţia lor.


a b

c dFig.3.14 Tipuri de bobine: a. bobina radio; b. bobina f ăr ă miez; c. bobina concentrată;d. bobină cu miez





COMPARAŢIE ÎNTRE ELEMENTELE PASIVE DE CIRCUIT

Criteriul decomparaţie

Rezistor Condensator Bobina

Mărime fizică specifică / unitate de

măsur ă Rezistenţă – ROhm Capacitatea CFarad - F

Inductanţa –LHenry – H

Rolul în circuitLimitarea valorii

intensităţii curentuluielectric

Înmagazinareasarcinii electrice

Producere de câmpelectromagnetic

Relaţia de definiţie

R = I / UI – intensitatea

curentului din circuitU – tensiunea la

bornele rezistorului

C = Q / UQ – sarcina electrică

U – tensiunea labornele

condensatorului

L = Ф / iФ - flux magneticprodus

I – intensitateacurentului electric

Relaţia dedependenţă faţă de

elementeleconstructive

R= ρ l/ s C= εA/D=ε0 er A/d L = μ N2 s / l

Elementeconstructive

specificeConductor

Armături metaliceDielectric

Conductor înf ăşuratpe miez magnetic






Întrebarea 1: F

Întrebarea 2:F

Întrebarea 3: A

Întrebarea 4Re = R1 + R2 + R3 = 2+ 3 + 20 = 25 Ω I = U / R = 100 / 25 = 4 A

Întrebarea 5

Se cunosc: R1 =2 Ω ; R2 = 3 Ω şi R3 = 10 Ω R12 = R1 x R2 / (R1 + R2) = 2 x 3 / (2 + 3) = 6 / 5 = 1,2 Ω Re = 1,2 + 10 = 11,2Ω

Întrebarea 6Rezistenţă nominală Rn, toleranţa admisă pentru rezistenţa nominală puterea nominală, coeficientul de variaţie a rezistenţei cutemperatura, tensiunea nominală.

Întrebarea 7

Rezistoarele chimice se obţin prin depunerea prin electroliză a uneipelicule de carbon pe un suport izolant.

Întrebarea 8Prin deplasarea cursorului( în cazul fig. 3.7. în sensul invers al acelor de ceasornic) în circuit este introdusă o lungime de rezistor din ce înce mai mare. Dacă lungimea l creşte, rezultă şi creşterea rezistenţeideoarece R = ρl / s

Întrebarea 9560 K Ω; 1%

Întrebarea 10Reostate reglabile cu variaţia liniar ă a rezistenţei: reostat cucursor,reostat cu lichid.Reostate reglabile cu variaţia rezistenţei în trepte – reostat cu ploturi.

Întrebarea 11 - A

Întrebarea 12 - A

Întrebarea 13 - F





Întrebarea 14Condensatoare cu dielectric gazos; condensatoare cu dielectricsolid organic (mică) şi solid anorganic (hârtie); condensatoareelectrolitice.

Întrebarea 15Mărimea fizică specifică bobinelor este inductivitatea (inductanţa ) L măsurată în henry H.

Întrebarea 16Valoarea inductivităţii este propor ţională cu fluxul magnetic şiinvers propor ţională cu valoarea intensităţii curentului electric.

Întrebarea 17

Întrebarea 18Bobinele sunt alcătuite din: înf ăşurare ( material conductor ),miez magnetic (ferite), carcasă( material izolator ).





Această lucrare are o pondere de 6% din nota finală de absolvire amodulului.Tema : ELEMENTE PASIVE DE CIRCUIT:REZISTOARE, CONDENSATOARE, BOBINE

INSTRUCŢIUNILucrarea de verificare, al cărei conţinut este prezentat mai jos, vă solicită unele activităţi care necesită cunoaşterea unităţii de învăţarenr.3. Răspunsurile la întrebări vor fi transmise prin poştă tutoreluipentru corectare şi eventuale comentarii. Pe prima pagină a lucr ăriise vor înscrie următoarele informaţii: modulul Energie,Electrotehnică, Electronică, lucrarea de verificare numărul, numele şiprenumele cursantului, adresa.Vă recomand să scrieţi clar r ăspunsurile la întrebări. Dacă esteposibil utilizaţi un procesor de texte. Pentru comentariile tutorelui,lăsaţi o margine de circa 5 cm şi aceeaşi distanţă între r ăspunsuri.Pentru securitatea lucr ării vă recomand să scrieţi numele cursantuluipe fiecare pagină.

1. Precizaţi mărimile fizice specifice şi relaţiile lor de definiţie pentruelementele pasive de circuit: rezistoare, condensatoare, bobine.

2. Desenaţi simbolul pentru: bobină, rezistor, condensator.

3. Indicaţi rolul fiecărui element pasiv într-un circuit electric.

4. Enumeraţi cel puţin trei parametrii nominali pentru fiecare elementde circuit pasiv.

5. Reprezentaţi schema a trei condensatoare legate mixt.

6. Exemplificaţi tipurile de condensatoare în funcţie de dielectric.

7. Identificaţi parametrii nominali ai rezistorului după modul deinscripţionare pentru cazul în care benzile au următoarele culoride la stânga la dreapta:

a) roşu, maro, portocaliu, maro;b) violet, verde, portocaliu, argintiu;c) negru, roşu, roşu, maro;d) albastru, roşu, galben, auriu.






8. Reprezentaţi schema electrică a unui grup de rezistoare legate înparalel.

9. Calculaţi valoarea curentului electric care str ăbate un rezistor derezistenţă electrică R = 10 KΩ atunci când la borne sale se aplică o tensiune de 220 V.

10. Precizează care sunt parametrii rezistoarelor care au inscripţionat:a. 2K 7, 20%b. R 10c. 100 G

11. Ce sunt variatoarele ?

12. Indicaţi care sunt domeniile de utilizare pentru bobine.

13. Care este valoarea capacităţii unui condensator dacă areinscripţionat:

a. p 10b. 33n2c. 3 μ 32

14. Explicaţi cum se poate modifica valoarea rezistenţei într-un circuitelectric în care se înseriaz

ăun poten

ţiometru.

15. Stabiliţi corespondenţa dintre coloana A a mărimilor fizice şicoloana B a unităţilor de măsur ă.

Denumirea mărimii fizice Unitate de măsur ă

1. Rezistenţa electrică a. Henry H2. Inductanţa b. Farad F3. Tensiunea electrică c. Ohm Ω 4. Capacitatea electrică d. Volt V

e. Watt W

16. Precizaţi rolul miezului magnetic din construcţia unei bobine.17.Care sunt elementele constructive semnificative ale unuicondensator?





BIBLIOGRAFIE1. Emil Micu, ş.a. Electrotehnica de la A la Z, Editura ştiinţifică şi

enciclopedică ,Bucureşti, 1985.2. A. Tugulea, Gh. Fr ătiloiu, Mihai Vasiliu Emanoil Cocoş, Manual de

Electrotehnică, Editura Didactică şi pedagogică 1996.

3. Robe Mariana, Monica Meteescu, Angela Popescu, Popa Vasilica ş.a.Manual de pregătire pentru domeniul electric , anul I şcoalaprofesională, Editura Economică Preuniversitaria,2000.

4. C. Popescu, Manual de Tehnologia lucr ărilor electrotehnice, EdituraDidactică şi pedagogică, 1983.

5. P. Dinulescu, Instalaţii şi echipamente electrice Editura Didactică şipedagogică,1981.

6. M. Popescu, Sabina Hilohi, Manual de Instalaţii şi echipamenteelectrice pentru clasa IX- X, Editura Didactică şi pedagogică 1992.



Elemente active de circuit


UNITATEA DE ÎNVĂŢARE NR.4 COMPONENTE ACTIVE DE CIRCUIT

Capitol Pagina


4.1. Joncţiunea pn 101

4.2. Dioda redresoare 104

4.3. Dioda Zener 107

4.4. Dioda Varicap 107

4.5. Tranzistorul bipolar 111

4.6. Dispozitive optoelectronice - fotorezistenţa, fotodioda ,fotoelementul, fototranzisorul, LED-ul 122



Bibliografia 132

OBIECTIVE:- după parcurgerea acestui capitol, vei fi capabil să recunoşti componente active de circuit - vei putea să demonstrezi c ă ai înţ eles cumfunc ţ ioneaz ă anumite componente electronice- vei fi capabil să explici modul de func ţ ionare a unor componente electronice- vei şti care sunt domeniile de utilizare a unor componente electronice





4.1. JONCŢIUNEA PN

Formarea jonc ţ iunii pn. În practică , pentru realizarea unei joncţiuni pn se foloseşte unmonocristal dopat p la suprafaţa căruia se depune un strat foarte findintr-o substanţă pentavalentă, de exemplu, fosfor sau arseniu. Prin încălzirea cristalului la o temperatur ă cuprinsă între temperatura detopire a substanţei depuse şi cea a monocristalului , atomii substanţei

depuse (fosfor sau arseniu) pătrund în cristal prin difuzie şi se crează astfel o zonă n.

Zona de tranzi ţ ie

În condiţii de echilibru termic, purtătorii majoritari - golurile din zona p şielectronii din zona n, au tendinţa de a trece din zona în care se găsesc în concentraţie mare, în zona în care concentraţia lor este mai mică. Înzona alăturată purtătorii majoritari întâlnesc purtători de sarcină de semnopus cu care se recombină neutralizându-se. De o parte şi de alta azonei de separaţie, se crează o zonă de trecere puternic săr ăcită însarcini electrice libere, numită zonă de trecere. Aceasta are o lăţime de10-6m. Datorită deplasării purtătorilor majoritari , prin zona de trecereapare un curent de difuzie format din golurile din zona p şi electronii din

zona n. În jurul zonei de trecere, în zona n, r ămâne o sarcină electrică pozitivă iar în zona p, o sarcină electrică negativă. Apare astfel un câmpelectric cu semnul de la zona n spre zona p. Acesta nu va mai permitedifuzia în continuare a purtătorilor majoritari. Joncţiunea are aspectulunui condensator al cărui dielectric ar fi zona de trecere iar zonele p şi n,armăturile.





Jonc ţ iunea pn polarizat ă direct.

Dacă extremităţile unei joncţiuni se conectează la o sursă de curentcontinuu, cu polul pozitiv aplicat pe zona p – anod şi polul negativaplicat pe zona n - catod , se spune că joncţiunea este polarizată direct.Sursa de tensiune aplicată determină un câmp electric de sens contrar câmpului de barier ă. Dacă acest câmp este mai mare decât câmpul debarier ă, zona de trecere se micşorează şi apare un curent de difuziecare este pus în evidenţă de ampermetru .

Prin joncţiunea pn polarizată direct, trece un curent care are sensuldinspre regiunea p înspre regiunea n. La aplicarea tensiunii de polarizaredirectă se înregistrează un curent numai dacă tensiunea aplicată are oanumită valoare: 0,2-0,4V pentru un monocristal de germaniu şi 0,6-0,7Vpentru un monocristal de siliciu.

Jonc ţ iunea pn polarizat ă invers.

Dacă joncţiunea pn este polarizată invers, lăţimea zonei detrecere creşte foarte mult, iar curentul invers care apare are valori foartemici. Joncţiunea pn prezintă o rezistenţă electrică foarte mică înpolarizare directă şi o rezistenţă electrică foarte mare în polarizareinversă.

Jonc ţ iunea pn este structura de baz ă a componentelor electoniceactive: diode tranzistoare, circuite integrate.

Dioda semiconductoare este un dispozitiv electronic alcătuit dintr-o joncţiune pn. Pe fiecare din cele două zone este fixat prin contact ohmic,câte un terminal – anod (+) şi catod (-). În figur ă este prezentată imaginea unei diode, simbolul şi marcarea terminalelor.Dacă se realizează un montaj simplu de alimentare a unei diode, de la osursă de tensiune variabilă şi se măsoar ă cu unmultimetru digital sau analogic intensitatea curentului prin diodă pentrumai multe valori ale tensiunii de alimentare (figura1, figura2) , seconstată că se obţine o curbă de variaţie a intensităţii curentului princircuit ca cea din figura 3





Figura1 Figura2

Figura 3La aplicarea tensiunii de polarizare directă, aparatul de măsur ă nu indică nici o valoare până când tensiunea la bornele diodei nu atinge o valoarede 0,2 –0,4 V pentru o diodă cu germaniu sau 0,6-9,7V pentru o diodă cusiliciu –U0 pe grafic. Peste această valoare, numită şi tensiune dedeschidere sau tensiune de prag, , curentul creşte foarte rapid cutensiunea şi exceptând zona notată pe grafic cu a, se poate spune că intensitatea curentului are o variaţie liniar ă sau cvasiliniar ă. (por ţiunea bpe grafic). Deoarece pentru valori relativ mici ale tensiunii la bornelediodei –mai mici de 1V, se pot obţine curenţi mari de 0,1 –1A, se spunecă dioda semiconductoare are o rezistenţă electrică foarte mică înpolarizare directă. Un ohmmetru conectat la bornele unei diodesemiconductoare, indică o valoare de fracţiuni sau unităţi de ohm.

Dacă se inversează polaritatea tensiunii de alimentare, apar curenţiinver şi de valoare foarte mică (figura 4). Pentru o mică zonă acaracteristicii notată cu c, se poate aprecia că valoarea curentului nudepinde de tensiunea aplicată ci de temperatura mediului ambiant care,constituie o sursă de energie pentru electronii din zona de valenţă pentrua crea un curent electric. Acest curent este foarte mic, de ordinul μ A ( 10-

6 A ) la germaniu şi de ordinul nA ( 10-9 A) la siliciu şi, se dublează la

fiecare creştere a temperaturii cu 7,5

0

C la germaniu şi cu 6,5

0

C lasiliciu. Aceşti curenţi, datoraţi agitaţiei termice se numesc curenţireziduali. Datorită valorilor lor, care afectează buna funcţionare aechipamentelor electronice, sunt preferate dispozitivele realizate dinsiliciu. La o creştere a tensiunii peste o anumită valoare numită tensiunede str ăpungere, curentul în circuit creşte foarte mult şi poate duce ladistrugerea joncţiunii (zona notată cu d pe grafic).

Pentru tensiuni mai mici decât tensiunea de str ăpungere, curenţii suntmici, de ordinul 10-6 A. Un ohmmetru, conectat la bornele unei diode, prinsursa de alimentare proprie, polarizează invers o diodă şi indică ovaloare a rezistenţei acesteia de ordinul 106 Ω.

ba

d

c

lA

US

U0 uA isat

Dioda conduce curentul electric într-un singur sens.





Tipuri de diodeDiodele semiconductoare se realizează într-o varietate de formeconstructive de la o suprafaţă a joncţiunii de câteva miimi de mm până ladiodele de putere care au o suprafaţă a joncţiunii de sute de mm2. Înfuncţie de utilizările pe care le au , diodele pot fi de mai multe tipuri:- diode redresoare- diode cu contact punctiform- diode stabilizatoare- diode varicap- doiode tunel4.2. Dioda redresoareComportarea diferită a diodelor semiconductoare cu joncţiuni în funcţiede polarizare, le face să poată îndeplini funcţia de redresare.Pe baza acesteia, circuitele electrice numite “redresoare” transformă energia electric ă de curent alternativ în energie electric ă de curent continuu.

Parametrii diodelor redresoareParametrii diodelor redresoare sunt strâns legaţi de performanţele şicondiţiile impuse de schemele de redresare. Exista intervale de timp încare diodele se află în conducţie, furnizând impulsuri de curent deanumită formă, valoare sau durată. Există, de asemenea, intervale detimp în care diodele se află în stare de blocare (regiunea c), tensiunileinverse de polarizare atingând anumite valori maxime care nu trebuie sadepăşească tensiunea de str ăpungere (regiunea d). De aceea încataloage se precizează o serie de parametrii (respectiv valorile limitaabsolute ale acestora) cum sunt: tensiunile inverse de vârf, curentulmediu redresat, , temperatura ambiantă de funcţionare, tensiunea

directă, curentul invers, precum şi alţi parametri utili în proiectare sauexploatare.Nerespectarea datelor de catalog poate duce la distrugerea diodelor redresoare. De exemplu, depăşirea tensiunii inverse, implică intrarea înregiunea d a caracteristicii, cu efecte distructive asupra joncţiunii, prinapariţia unor curenţi inver şi de valori foarte mari. Depăşirea curentuluimediu redresat, provoacă, prin efect Joule, încălzirea diodei. Cantitateade căldur ă acumulată, depăşind valoarea care poate fi evacuată pediverse căi, supraîncălzeşte joncţiunea care se distruge.

Forma cristalului de siliciu (sau germaniu) în care se realizează joncţiunea PN, forma şi dimensiunile capsulei în care se introducestructura pentru a fi protejată de agenţi externi şi pentru a asiguraevacuarea spre exterior a căldurii care se degajă în joncţiune, soluţiileadoptate pentru electrozii de acces la joncţiune, depind de curenţiiredresaţi şi tensiunile inverse pe care dioda semiconductoare trebuie să le suporte. De aceea construcţia diodelor redresoare este extrem devariată.Performanţele unei diode redresoare sunt date de două mărimi ale căror valori limită nu trebuie să fie depăşite în timpul funcţionării:-Intensitatea maximă a curentului direct – Imax ,şi

Diodele redresoare cu siliciu asigur ă în general, tensiuni

inverse de valori mai mari decât diodele cu germaniu





-tensiunea inversă maximă –Uinv max

Dioda se alege aşa încât tensiunea maximă din circuitul în carefuncţionează să nu depăşească tensiunea Uinv max pentru care a fostconstruită, pentru a evita intrarea în zona d a caracteristicii. În timpul conducţiei, datorită curentului de difuzie , joncţiunea se încălzeşte; puterea disipată va fi: Pd = Ud*Id în care Id şi Ud sunt respectivcurentul direct şi tensiunea directă prin joncţiune.Temperatura rezultată prin transformarea energiei electrice în energiecalorică, poate încălzi joncţiunea, poate duce la creşterea curenţilor direct şi invers, ceea ce poate afecta funcţionarea echipamentului. Deaceea se folosesc diferite sisteme de r ăcire – montarea diodelor peradiatoare iar în cazul temperaturilor foarte mari – se utilizează r ăcirefor ţată cu aer sau cu apă..

1. Examinează circuitul din figura de mai jos, notează componentelegrupându-le în componente pasive şi active.2. Calculează valoarea intensităţii curentului electric prin circuit ştiindcă dioda este 1N4001 este o diodă redresoare cu siliciu, deci tensiuneade deschidere este de 0,7V.

Rezolvare 1. a) Componente pasive: rezistor b)Componente active: sursa de tensiune, dioda2. Valoarea intensităţii curentului se calculează aplicând legea lui Ohmpe un circuit închis: E = UD + RI

I= R

U E D

−=

100

7,03 −=

Ω100

3,2 V =0,023A=23mA

3.a)Examinează circuitul din figur ă, identifică şi grupează componentele în componente pasive şi componente active şi notează-le pe figur ă..b) Care dintre cele două becuri se va aprinde la închidereacomutatorului? Explică de ce.Rezolvare:a) Componente pasive: comutator, becuri

Componente active: sursă, diode.b) Se va aprinde becul conectat în serie cu dioda care este polarizată direct.

APLICAŢII





4. Dimensionează rezistenţa din circuitul de mai jos, ştiind că dioda 1N4001 este cu siliciu iar curentul în circuit este de 60mA

RezolvareE= UD

+ R*I

R= I

U E D

−=

06,0

7,09 −=138Ω


1.Citeşte afirmaţiile de mai jos şi notează în dreptul lor litera A dacă apreciezi că afirmaţia este corectă şi litera F, dacă apreciezi că afirmaţia este falsă:

a) Polarizare directă înseamnă conectarea anodului la polul pozitivşi a catodului la polul negativ al sursei de alimentare.

b) Polarizare inversă înseamnă conectarea catodului la polulpozitiv şi a anodului la polul negativ al sursei de alimentare.

c) Tensiunea de deschidere a diodei cu siliciu este de 0,4 V şi a

diodei cu germaniu de 0,7V.d) Rezistenţa diodei în polarizare directă este mare şi în polarizareinversă este mică.

e) Caracteristica unei diode este reprezentarea grafică a variaţieicurentului electric în funcţie de variaţia tensiunii aplicată laborne.

2.Precizează motivul pentru care este necesar ă folosirea sistemelor der ăcire a diodelor .

3. Enumer ă şi explică parametrii care definesc performanţele diodei

redresoare.

4.Figuraţi şi calculaţi curenţii din circuitele de mai jos, dacă E= 10Vşi R= 1000Ω.


R9V





4.3. Dioda Zener

Dioda Zener este o diodă semiconductoare care în regim de conducţieinversă are o regiune în care variaţia curentului prin circuitul exterior nudepinde de variaţia tensiunii inverse aplicate la borne. Dioda Zener lucrează de fapt intr-un regim

de str ăpungere controlată, în care curentul şi puterea disipată suntmenţinute la valori pe care joncţiunea diodei le poate suporta f ăr ă să sestr ăpungă.Simbolul şi caracteristica diodei Zener sunt prezentate în figura 5.

Figura 5Funcţionarea diodei Zener are la bază fenomenul de apariţie aperechilor de electron –gol, la aplicarea unei tensiuni inverse mari, caredetermină apariţia unui câmp electric de intensitate foarte mare ce seexercită asupra electronilor de valenţă.Se observă pe caracteristica dinfigura 5b, că la aplicarea unor tensiuni inverse, curentul prin diodă estefoarte mic. La o anumită tensiune inversă numită tensiune Zener,curentul invers creşte atingând valoarea IZmin.. Creşterea curentuluiinvers ajunge la valoarea IZmax f ăr ă ca tensiunea la bornele diodei să mai înregistreze creşteri spectaculoase.Parametrii diodei Zener -Tensiunea nominal ă de stabilizare U ZT este tensiunea aplicată în sensinvers la bornele diodei care r ămâne practice constantă pentru o gamă de curenţi debitaţi.-Curentul de stabilizare I Z este curentul invers continuu corespunzător unui punct pe caracteristica de funcţionare;

-Curentul de stabilizare minim I Zmin este limita inferioar ă a curentului destabilizare sub care se consider ă că dioda nu satisface funcţia destabilizare. -Curentul de stabilizare maxim I Zmax este limita superioar ă a curentului destabilizare peste care funcţionarea în regim permanent a diodei nu maieste garantată.-Puterea disipat ă maximă P dmax este valoarea limită a puterii care poatefi disipată pe diodă , în regim permanent la temperatura de 250 C.-Rezistenţ a diferenţ ial ă, r z este valoarea ΔU/ΔI într-un punct specificat pecaracteristică.Utiliz ări - diodele Zener permit stabilizarea tensiunii cu circuite simple,

economice şi eficace. Prin montarea diodei Zener în paralel cu consumatorul, orice variaţie de curent din circuit,fie din cauza variaţiei tensiunii de alimentare, (fie din cauza

Iz

UzDZ

+

-

a

ΔUz

Δ

I z

Uz

(Ustr )

uinv

iinv

0

b





variaţiei rezistenţei de sarcină, fie a tensiunii de alimentare)va fi preluată de diodă. Tensiunea la bornele diodei, care reprezintă mărimea de ieşire din montaj, r ămâne astfel constantă.

Figura 6Diodele Zener se executa pentru tensiuni intre 4 si 200 V, cuputeri disipate intre 0,2 si 50 W, in diverse clase de toleranţă.Pe capsula diodei este marcat catodul.

1.Să compar ăm rezultatele măsur ărilor din circuitele de mai jos în careE= 9V, R1 = 10K, R2 =5,6K

a b c

În montajul din figura a voltmetrul va indica valoarea tensiunii

la bornele rezistorului U = R2 * I =21

2

R R

R

+* E

În montajul din figura b, voltmetrul va indica valoarea tensiunii la bornelediodei redresoare în conducţie: 0,7V În montajul din figura c, voltmetrul va indica valoarea tensiunii la bornelediodei Zener, stabilizatoare de tensiune UZ = 5,6V

4.4. Dioda VaricapDioda varicap este o diodă a cărei capacitate a joncţiunii se

modifică odată cu variaţia tensiunii inverse aplicată la borne.La aplicarea unei tensiuni inverse variabile, lăţimea zonei detrecere creşte( figura7a,b) şi ca urmare, capacitatea de

R

RSE

I

UzDZ+

-

1

APLICAŢII

R 2

R 1

V

E

R 1

F107V

EE

R 1

PL5V6





barier ă a diodei se micşorează. (dacă facem o comparaţie întrecapacitatea joncţiunii şi capacitatea unui condensator cu un dielectric degrosime d – respectiv distanţa dintre cele două armături şi capacitatea debarier ă a diodei, aceasta scade când distanţa creşte. Acest lucru seobservă pe caracteristica C = f(Uinv ) - figura 8.

A b

Figura 7

Figura 8

Posibilitatea de a varia capacitatea intr-un circuit prin variaţiatensiunii de la o sursă de polarizare este utilă în aplicaţii ca deexemplu în circuite de schimbare a frecvenţei - selectoarelede canale din receptoarele de televiziune. Capacitatea diodelor varicap este de ordinul picofarazilor şi se construiesc din siliciudeoarece rezistenţa internă este foarte mare şi practic, diodaeste echivalentă cu un condensator cu rezistenţă de pierderifoarte mică. Variaţia capacităţii diodelor varicap poate fi întrecâţiva pF până la 100pF iar nivelul semnalului poate fi de până la 25W .Parametrii diodei varicap sunt:Capacitatea nominal ă – capacitatea măsurată între terminalela tensiunea nominală de semanl;Capacitatea maximă, Cmax –valoarea capacităţii la tensiuneade semnal minimă;Capacitatea minimă, Cmin – valoarea capacităţii la tensiuneade semnal maximă:Factorul de calitate nominal – raportul dintre reactanţa diodei varicap şirezistenţa ei de pierderi măsurate la tensiunea de semnal.

Zona de treceren p

- - -

- - -

+ +

n p

+ +- - -

- - -

Zona de trecere

A(–)

(+)

K

a

-10-20uinv(v)

Cdiodă pF

10

0

20

30

40

50

b






5.Citeşte afirmaţiile de mai jos şi notează în dreptul lor litera A) dacă apreciezi că afirmaţia este corectă şi litera F, dacă apreciezi că afirmaţia este falsă:

a) Dioda Zener funcţionează în polarizare inversă.b) Dioda Zener este utilizată la stabilizarea tensiunii.c) Dioda varicap este folosită la redresarea tensiunii alternative.

6.Montajul din figura de mai jos este un circuit oscilant a căruifrecvenţă de oscilaţie este determinată de valoarea inductanţei şi acapacităţilor din circuit.

E

L

C

DP

a)Identifică tipul componentelor.b)Explică modul de variaţie a frecvenţei de oscilaţie a circuitului




Componente active


4.5. Tranzistorul bipolar Una din aplicaţiile cele mai importante ale joncţiunii pn este tranzistorulbipolar .

Tranzistorul este o componentă activă de circuit alcătuită dintr-unmonocristal semiconductor în care s-au creat două joncţiuni pn. Pefiecare din cele trei zone ale monocristalului există câte un terminal fixat

prin contact ohmic – emitor, bază şi colector.

Tranzistor bipolar = transistor cu jonc ţ iuni la care conduc ţ ia electric ă este asigurat ă atât de electroni cât şi de goluri.Structura internă şi func ţ ionarea tranzistorului bipolar În figura de mai jos este prezentată structura internă a tranzistoruluibipolar. Cele două joncţiuni sunt formate între emitor şi bază – joncţiunea

emitor bază şi între bază şi colector- joncţiunea colector bază.

Figura 1

Se observă că dimensiunile zonei bazei sunt mai mici decât ale

emitorului şi ale colectorului din raţiuni pe care le vom preciza mai târziu.Să ne amintim de la studiul diodei semiconductoare că, prin joncţiunepoate circula un curent dacă aceasta este polarizată direct. Vom polarizacele două joncţiuni ale tranzistorului bipolar ca in figur ă.

Figura 2

DIC Ţ IONAR

C

B

E

P n P

RCRE EC EE

C

B

E

P n P



Componente active


Pentru a înţelege mai uşor modul de funcţionare a tranzistorului , să acceptăm o construcţie ca în figura de mai jos. Tot pentru a nu încărcadesenul nu am figurat sursele de polarizare a celor două joncţiuni.

Figura 3

Fiind polarizată direct, joncţiunea bază emitor va fi str ăbătută de uncurent de difuzie format din purtători majoritari – goluri, notat cu IPE . Acestea ajung în zona bazei , tip n, unde devin purtători minoritari înexces. Un număr de goluri se recombină cu purtătorii majoritari ai bazei. Înlocuirea electronilor care s-au recombinat se face printr-un transport deelectroni de la sursa de polarizare a bazei. Dacă baza este foartesubţire, recombinarea are loc într-un proces redus şi cei mai mulţipurtători de sarcină emişi de emitor ajung în colector fiind atraşi de polulnegativ al sursei de polarizare a colectorului. Se observă că emitorulemite electroni iar colectorul îi colectează. Dacă baza ar fi foartegroasă, toate golurile provenite din emitor s-ar recombina, înainte de a

ajunge în colector . Pentru a diminua cât mai mult efectul derecombinare, şi în colector să ajungă cât mai mulţi purtători de sarcină,baza se construieşte de dimensiuni foarte mici şi se dopează cu unnumăr foarte mic de impurităţi. Se observă ca baza are rol de acontrola intensitatea curentului de colector.După cum observi, joncţiunea colectorului este polarizată invers şi este

str ăbătută de curentul dat de purtătorii majoritari ai emitorului dar şi depurtători minoritari care apar datorită agitaţiei termice: golurile minoritaredin bază şi electronii minoritari din colector. Acest curent este notatICBO .Golurile minoritare din bază sunt diferite de golurile emise de emitor.Se poate spune că există un curent între colector şi bază, când emitorul

nu injectează goluri în bază, curent cauzat de agitaţia termică.Nu toţi purtătorii de sarcină emişi de emitor ajung în colector. Cei careajung în colector reprezintă o fracţiune, α, subunitar ă dar foarte apropiatde 1.

I N IE ICB0

IB

IE IC

Ipe αIE

+ +

+

–

–

Curent de

goluri

Coeficientul α , reprezint ă raportul dintre componentacurentului de colector datorat ă emitorului şi curentul de emitor şi se numeşte factor de amplificare în curent

din emitor în colector. α = 0,95..0,998

emito



Componente active


Ecuaţiile fundamentale ale tranzistorului.Să examinăm cu atenţie imaginea din figura 3.Cei trei curenţi, IE, IB şi ICse pot exprima în funcţie de componentele fiecăruia.Curentul de emitor este format din purtătorii majoritari emişi de emitor şipurtătorii minoritari care str ăbat joncţiunea emitor bază:

IE = IPE + InCurentul de bază este format din electronii din emitor care trec în bază In curentul de recombinare şi curentul rezidual bază colector:

IB = In+ Ir -ICBO

Curentul de colector este format din purtătorii majoritari emişi de emitor şicare nu s-au recombinat în bază, şi curentul rezidual ICBO .

IC = IPC + ICBO unde IPC este curentul de purtători majoritariemişi de emitor mai puţin curentul de recombinare . Deci IPC = IPE - Ir ;

IC = IPE - Ir + ICBO

Se observă în figura 3 că baza tranzistorului este un nod în care curenţiiintr ă şi ies. Să demonstr ăm că intensitatea curentului de emitor este

egală cu suma curenţilor de bază şi de colector.IB+IC = In+ Ir -ICBO + IPE - Ir + ICBO = IPE + InIB+IC = IE Aceasta este prima ecuaţie fundamentală a tranzistorului carearată că acesta se comportă ca un nod de reţea şi că î şi conservă sarcina electrică. A doua ecuaţie pune în evidenţă componenţa curentului de colector,faptul că numărul de purtători care ajung în colector reprezintă ofracţiune din numărul de purtători emişi de emitor. IC =α IE + ICBO

Pentru montajul studiat, putem face următoarele observaţii: baza tranzistorului este conectată la masă joncţiunea bază emitor este polarizată direct iar joncţiunea bază colector este polarizată invers; curentul de colector este mărime de „intrare” iar curentul decolector este mărime de „ieşire”, este mai mic decât curentul de emitor de care este dependent; datorită modului de polarizare, rezistenţa echivalentă a joncţiuniibază emitor este foarte mică, de ordinul zecilor de ohmi, în timp cerezistenţa echivalentă a joncţiunii bază colector, polarizată invers, estefoarte mare. Această proprietate a tranzistorului de a prezenta o rezistenţă mică laintrare şi o rezistenţă foarte mare la ieşire se numeşte rezistenţă de

transfer – TRANsfer reSISTOR, de unde şi denumirea de tranzistor.

Trecerea purt ătorilor de sarcină din zona emitorului printr-o rezistenţă foarte mic ă, prin fenomenul de difuzie,în baz ă şi transferarea lor în colector printr-o rezistenţă foarte mare, se numeşte efect de tranzistor.



Componente active


Tipuri de tranzistoare, simbol, notaţii

a) Tranzistor pnp

b)Tranzistor npn

Figura 4 Având trei borne, tranzistorul poate fi conectat în trei moduri: cu baza lamasă Baza comună -BC, cu emitorul la masă - Emitor comun-EC, sau cucolectorul la masă -Colector comun CC.

Tranzistorul se comportă ca un cuadripol cu trei borne, una fiind comună în oricare dintre montaje, şi pentru intrare şi pentru ieşire. Cele maifolosite montaje sunt BC şi EC. În tabelul 1, sunt prezentate tipurile de conexiuni şi mărimile de intrare şide ieşire corespunzătoare fiecărui tip de montaj.

B

E Cp nn

B

E

C

IE

IC

IB

UCEUBE

UCB

B

BCE p n p

UBE

C

E

B

IC

IE

IB

UCE

UCB



Componente active


Tabelul nr.1

Conexiunea Schema electrică Mărimi de

intrareMărimi de

ieşire

Bază

comună

IE

UBE

IC

UCE

Emitor comun

IB

UBE

IC

UCE

Colector comun

IB

UBC

IE

UCE

Pentru conexiunea EC, curentul de colector care este curent de ieşiredin tranzistor trebuie să fie exprimat în funcţie de curentul de bază care

este în acest caz curent de intrare.IC =α IE + ICBO = α (IB + IC) + ICBO

IC ( 1-α) =α IB +ICBO deci IC =B

I α

α

−1+

α −1

1ICBO

Cu notaţia β =α

α

−1 şi ICEO =

α −1

1ICBO

Se obţine valoarea curentului de colector pentru conexiunea EC: IC = β IB +ICEO

β este factorul de amplificare în curent în conexiunea EC iar ICEO estecurentul rezidual colector emitor.Pentru α = 0,98, βmin = 49Se observă că în conexiunea EC, valoarea curentului rezidual colector-emitor este mult mai mare, dar în comparaţie cu cel de colector care estede ordinul miliamperilor, curentul rezidual este de 102 -103 ori mai mic,ceea ce ne permite să aproximăm I C≈IE şi IC = β IB .Curentul rezidual ICBO are valori de ordinul nA iar ICEO de ordinul zecilor de nA. În calculele de proiectare a circuitelor electronice cu tranzistoare,aceşti curenţi se pot neglija.Valorile coeficientului α depind de tipul tranzistorului şi de tehnologia defabricaţie.

Factorul β poate avea valori cuprinse între 20 şi 500. În funcţie de modul de polarizare a celor două joncţiuni, există patrumoduri de funcţionare a tranzistorului. Legătura dintre regimurile de

Intrare Ie ire

IntrareIe ire

Ie ire

Intrare



Componente active


funcţionare, modul de polarizare a joncţiunilor şi valorile curenţilor şi aletensiunilor sunt prezentate în tabelul2.

Tabelul nr.2Regim de

funcţionarePolarizarea

JBE

PolarizareaJBC

CurenţiTensiuni depoalrizare

Utilizări

Regimactiv

normaldirectă inversă

IC = βIB +ICE0 (EC)IC =αIE + ICBO (BC)

UBE = 0,6-0,8V (npn)UBE = -( 0,6-0,8) V (pnp)

Amplifi -catoare

Regim deblocare

Inversă inversă

IC = IB = IE UCE = EC (EC)

Circuitenumerice în regimde comutaţie

Regim de

saturaţie

direct directă

IC < βIB (EC)IC < αIE (BC)

UBE = 0,6-0,8V (npn)UBE = -( 0,6-

0,8) V (pnp)UCE = 0V

Circuitenumerice în regim

de comutaţie

Regimactiv

inversinversă directă

Foarterar pentru comutator desemnalmic



Componente active



7.Defineşte tranzistorul.

8.Explică de ce în colector ajunge un număr mai mic de purtători de sarcină decât au fost generaţi de emitor.

9.Cum interpretezi rolul bazei de controlor al curentului de colector?

10.Defineşte efectul de tranzistor.

11. Citeşte afirmaţiile de mai jos şi notează în dreptul lor litera A) dacă apreciezică afirmaţia este corectă şi litera F, dacă apreciezi că afirmaţia este falsă:a) În regim activ normal JBE este polarizată direct şi JBC este polarizată invers.b) În regim de saturaţie ambele joncţiuni ale tranzistorului sunt polarizate invers.c) Trecerea purtătorilor de sarcină din zona emitorului printr-o rezistenţă foartemare, prin fenomenul de difuzie, în bază şi transferarea lor în colector printr-orezistenţă foarte mică, se numeşte efect de tranzistor

12.Scrie formula de recurenţă dintre α şi β. şi defineşte aceste mărimi.

13. Explică existenţa curentului rezidual ICBO

Rezolvarea o vei realiza în spaţiul liber din casetă.Verificarea corectitudinii rezolvării o poţi face consultând r ăspunsurileşi comentariile de la pagina 129



Componente active


Parametrii principali care limitează funcţionarea tranzistoarelor Pentru ca tranzistorul să funcţioneze în condiţii normale, este necesar ă cunoaşterea valorilor maxime admisibile ale unor parametri a căror depăşire poate duce la distrugerea sa. Valorile acestor parametri suntdate în cataloagele de componente semiconductoare şi depind de tipul şide tehnologia de fabricaţie folosită de producător. Cei mai importanţiparametri a tranzistoarelor sunt:-Curentul de colector maxim admisibil,-Tensiunea colector emitor maximă admisibilă,- Puterea disipată maximă -Temperatura joncţiunilor Curentul de colector maxim admisibil reprezintă valoarea maximă pecare o poate atinge curentul de colector f ăr ă a se distruge. Este indicat în cataloage, este recomandat de producător şi stabilit în funcţie departicularităţile constructive ale fiecărei şarje de tranzistoare.Tensiunea colector emitor maxim admisibil ă este valoarea cea mai mare

admisă a tensiunii de colector pe care o poate suporta tranzistorul, f ăr ă ca joncţiunea colector emitor să se str ăpungă.Puterea disipată maximă este puterea care apare datorită treceriicurentului electric prin cele două joncţiuni ale tranzistorului. În acestecondiţii, o parte din putere este radiată în mediul ambiant.Pdt = PdC + PdE =UCB IC +UEB IE În regim activ normal,I C≈IE iar UCB >> UBE deci Pdt = PdC = UCB IC În regim de saturaţie, Pde ≈ PdC dar are valori mult mai mici decât înregim activ normal. Puterea disipată maximă este determinată decondiţia ca temperatura pe care o determină să fie mai mică decâttemperatura maximă admisă a joncţiunii.

Temperatura maximă a joncţiunilor, T jmax, are în vedere o temperatur ă maximă care depinde de natura materialului: pentru siliciu este de 175-200o C iar pentru germaniu de 85o C. În absenţa funcţionării, se potadmite temperaturi mai ridicate. Tranzistoarele cu siliciu pot fi stocate latemperaturi de până la 200oc iar cele cu germaniu până la 100OC.



Componente active


Figura5. Marcarea terminalelor tranzistoarelor pentru diferite tipuri de

capsule (e-emitor,c-colector,b-bază)

Rolul elementelor de circuit într-un montaj cu tranzistoare şi m

a) b) c) Figura 6.

În figura 6 sunt prezentate trei montaje electronice cu tranzistoare npn, în conexiune emitor comun.Rezistenţa de colector este rezistenţă de sarcină pentru tranzistor; eatrebuie să îndeplinească două condiţii :să fie cât mai mare pentru casemnalul obţinut la ieşirea din montaj să fie cât mai mare, şi pe de altă parte, trebuie să fie cât mai mică pentru a nu impune o sursă de

alimentare prea mare. RC se calculează aplicând legea lui Ohm pecircuitul format din EC, joncţiunea colector emitor, şi masă iar RB, secalculează pe ochiul format din EC joncţiunea bază emitor şi masă

RC IC +UCE = EC ;RB IB +UBE =EC

UBE = 0,7IC = β IB +ICEO

IE = IB + IC

RC =C

CE C

I

U E −; RB =

B

BE C

I

U E −

Rezistenţa de bază asigur ă polarizarea joncţiunii bază emitor de la sursade alimentare Acest mod de polarizare a bazei se numeşte polarizare cusursă de curent constant (curentul constant de bază, IB ). În figura 6b, este prezentat un montaj în care s-a conectat o rezisten ţă înemitor, pentru stabilizarea curentului de colector cu temperatura.Ecuaţiile din care se pot calcula valorile rezistenţelor sunt următoarele:

RC IC +UCE + RE IE = EC

RB IB +UBE + RE IE =EC

UBE = 0,7VIC = β IB +ICEO

IE = IB + IC

Şi în acest montaj, curentul de bază este asigurat de rezistenţa RB. -montaj cu polarizare a bazei cu sursă de curent constant.

IB

IE

RB

RE

RC

+E+E

UCE

IB

ICRBRC

UBE

UCE

ID

IERB2

RB1

RE

RC

+E

UCE

IC



Componente active


În figura 6c, rezistenţa din emitor asigur ă stabilizarea curentului decolector cu temperatura iar rezistoarele RB1 şi RB2 alcătuiesc un divizor de tensiune pentru polarizarea joncţiunii bază emitor. Este un montaj depolarizare a bazei cu sursă de tensiune constantă – tensiunea constantă este tensiunea la bornele rezistenţei R B2. Relaţiile de calcul care permitdeterminarea valorilor elementelor de circuit sunt următoarele:

RC IC +UCE + RE IE = EC

RB1 ID +UBE + RE IE =EC

RB2 ( ID - IB ) + RB1 ID =EC UBE = 0,7VIC = β IB +ICEO

IE = IB + IC ID = 10 IB

Marcarea tranzistoarelor

Vedere cu terminalelespre utilizator

Colectorul este capsula de metal



Componente active



14. Incercuiţi r ăspunsul corectEcuaţiile fundamentale ale tranzistorului sunt:

a) IC = IE + IB b)IE = IC + I B

a) IC = αIB + ICBO b) IC = αIE + ICBO a) IC = βIB + ICBO b) IC = βIB + ICEO

15. Alegeţi r ăspunsurile corecte pentru definiţia factorilor α şi β .α este:

a) factor de amplificare in curent

b) factor de amplificare in curent în conexiunea BCc) factor de amplificare în curent in conexiunea EC

β este:a) factor de amplificare in curentb) factor de amplificare in curent în conexiunea BCc) factor de amplificare în curent in conexiunea EC

Rolul emitorului este dea) emitere de purtători de sarcina negativib) emitere de purtători de sarcina pozitivi

c) emitere de purtători de sarcina

Rolul bazei este:a) de a permite recombinarea purtătorilor de sarcină b) de a opri recombinarea purtătorilor de sacrcină c) de a controla intensitatea curentului de colector

Rolul colectorului este :a) de a mări intensitatea curentului de colector b) de a colecta purtătorii de sarcină emişi de emitor c) de a emite purtători de sarcina

Rezolvarea o vei realiza în spaţiul liber din casetă.Verificarea corectitudinii rezolvării o poţi face cosultând r ăspunsurileşi comentariile de la pagina 129





4.6. Dispozitive optoelectroniceGeneralit ăţ i Dispozitivele optoelectronice sunt dispozitive semiconductoarecare realizează transformarea energiei electrice în energie luminoasă dindomeniul spectrului vizibil sau infraroşu.Fotorezistenţ a

Fotorezistenţa este un rezistor realizat dintr-un material semi-conductor omogen, a cărui rezistenţă se modifică sub influenţa unui fluxluminos incident. Materialul semiconductor din care se realizează fotorezistenţa, are forma unui strat subţire sau a unei plăcuţe din materialsemiconductor pre prevăzute la capete cu contacte ohmice reprezentândterminalele ,aşa cum se arată în figura de mai jos.

Simbol

Performantele fotorezistenţelor se apreciază prin intermediulurmătoarelor mărimi:-Valoarea rezistenţ ei electrice la întuneric - depinde de dimensiunile

geometrice d, ω ş i l şi de concentraţia de impurităţi În întuneric, rezistenţa este foarte mare , in jur de 1M Ω. Când asupra

joncţiunii se exercită un flux luminos, hν ,rezistenţa scade până la câtevasute de Ω.- pragul fotoelectric , reprezentând lungimea de undă maximă până lacare dispozitivul mai reacţionează;-sensibilitatea spectral ă sau sensibilitatea integral ă, reprezintă raportuldintre conductanţa fotorezistenţei şi fluxul luminos incident, S

λ = G/θ .

Sensibilitatea integrală corespunde unui flux policromatic (şi este definită în acelaşi mod);-iner ţ ia fotorezistenţ ei , reprezentând timpul după care rezistenţaelementului se stabilizează la noua valoare, atunci când fluxul luminos

variază prin salt.Se menţionează faptul că în general, conductanţa fotorezistenţei estepropor ţională cu fluxul luminos. Protecţia fotorezistenţei se asigur ă prinacoperirea cu lac sau prin încapsularea în material plastic aşa cum sevede în imaginea de sus.Fotorezistenţa se utilizează cel mai adesea ca detectoare de radiaţii îngama de frecvenţe vizibil-infraroşu îndepărtat.

ω

d

l





1.Fotorezistenţa se poate folosi ca un sesizor de lumină şi

comutator în acelaşi timp.

Când fotorezistenţa nu primeşte lumină, valoarea ei este de 10kΩ, iar când este luminată de la un LED de exemplu , valoarea ei scade până la

100Ω,2. Să compar ăm modul de variaţie a tensiunii de la ieşirea montajelor dinfigura de mai jos. Cum se va modifica tensiunea de ieşire când diodaeste sub incidenţa unui fascicol luminos?

a b

Pentru montajul din figura a , tensiunea de ieşire creşte liniar cu

scăderea rezistenţei fotorezistenţei.Conform legii lui Ohm, E = UF + UR; UF (U F este tensiunea la bornele

fotorezistenţei) scade pentru că rezistenţa electrică a fotorezistenţeiscade când este sub incidenţa fascicolului lumi-nos,deci scade şitensiunea la bornele sale. Ca urmare, tensiunea de ieşire creşte.Pentru montajul din figura b, tensiunea de ieşire scade liniar cu scăderearezistenţei electrice a fotorezistenţei.

APLICAŢII

ieşire ieşire

E=5VE=5V





FotodiodaFotodioda este un dispozitiv optoelectronic constituit dintr-o jonctiune pnfotosensibilă, sau un contact metal-semiconductor fotosensibil.Fotodioda funcţionează pe baza efectului fotoelectric intern, adică eliberarea purtătorilor de sarcină în interiorul unui semiconductor subacţiunea luminii.Pastila semiconductoare in care s-a realizat joncţiunea, se montează în

interiorul unei capsule prevăzută cu o fereastr ă transparentă, prin carefluxul luminos are acces la suprafaţa semiconductorului. Fluxul luminosincident bombardează întreaga suprafaţă a joncţiunii polarizată invers.

În urma procesului de absorbţie a energiei fotonilor care bombardează joncţiunea, se generează perechi electron-gol, în ambele tipuri desemiconductoare ale joncţiunii. Coeficientul de absorbţie al radiaţiei fiindfoarte mare, procesul de absorbţie are loc în preajma suprafeţei, ceea ceconduce la apariţia unui număr mare de purtători liberi la suprafaţa de

incidenţă cu fluxul luminos. Aceşti purtători se r ăspândesc prin difuziuneşi în profunzimea plăcuţei semiconductoare. Numărul de părtători liberi,care apar prin efectul fotoelectric intern, datorită absorbţiei radiaţiei, estemult mai mic decât numărul purtătorilor majoritari, dar este mai mare saumult mai mare în funcţie de intensitatea fluxului luminos incident decâtnumărul purtătorilor minoritari. Purtătorii care apar prin efect fotoelectricşi care sunt de acelaşi tip cu purtătorii majoritari, nu sunt în măsur ă să antreneze variaţii ale curenţilor datoraţi purtătorilor majoritari, respectivale curenţilor de difuzie, aceştia fiind practic independenţi de fluxulluminos. Deoarece în cazul polarizării în sens direct, curentul printr-o diodă este dat de curentii de difuzie, iar la fotodiodă curenţii dedifuzie nu depind de fluxul luminos, aceasta trebuie polarizată însens invers. În acest caz, curenţii de difuzie sunt anulaţi.

Nivellumină

Uieş Uieş

Nivellumină

R

lLp Ln L

E

Φ=hν

p np





În afar ă de purtătorii de sarcină determinaţi de efectul fotoelectric intern,prin diodă mai circulă doar curenţii datoraţi purtătorilor minoritari din celedouă semiconductoare (electronii din semiconductorul p şi golurile dinsemiconductorul n). Condiţia ca aceşti purtători să participe la conducţiacurentului electric, adică să traverseze regiunea de trecere, este ca ei să ajungă în această regiune, în care dacă pătrund, câmpul electric existent(intern si cel datorat tensiunii de polarizare externe) îi accelerează spresemiconductorul opus.Deoarece într-un semiconductor purtătorii minoritari parcurg, în medie, odistanţă egală cu lungimea de difuzie (Lp pentru golurile minoritare dinsemiconductorul n şi Ln pentru electronii minoritari din semiconductorulp), după care dispar prin recombinare, se deduce că la regiunea detrecere ajung doar purtătorii minoritari generaţi, pe cale termică sauprin efect fotoelectric intern, în volumul delimitat de lungimile dedifuzie (Lp, Ln). Prin efect fotoelectric se mai generează purtătoriiliberi şi în regiunea de trecere, purtători care participă de asemenea

la conducţia curentului electric. Grosimea regiunii de trecere este însă mult mai mică decât lungimile de difuzie (Lp, Ln), ceea ce face cavolumul regiunii de trecere să fie neglijabil faţă de volumul dinsemiconductor delimitat de lungimile de difuzie. Ca atare, numărulpurtătorilor generaţi în regiunea de trecere prin efect fotoelectric esteneglijabil faţă de numărul purtătorilor generaţi în volumele delimitate deLp şi Ln. Rezultă că, în condiţii de polarizare inversă, curentul prinfotodiodă depinde doar de concentraţia de purtători minoritarigeneraţi pe cale termică în volumele delimitate de Lp şi Ln, purtătoricare determină curentul de saturaţie isat (cunoscut) şi deconcentraţia de purtători minoritari generaţi în aceleaşi volum prin

efect fotoelectric. Deoarece lungimile de difuzie nu depind de tensiuneade polarizare, rezultă că nici numărul de purtători minoritari generaţi învolumele respective nu depind de această tensiune. Deoarece curentul prin fotodiodă nu depinde de tensiunea de

polarizare (inversă) aplicată la borne (intre anod si catod), rezultă că fotodioda se comportă ca un generator de curent, al cărui curent depindede fluxul luminos incident.Fotodioda se utilizează ca detector de radiaţie, având însă osensibilitate mult mai mare decât o fotorezistenţă, dimensiuni reduse şidurată mare de viaţă. Simbolul fotodiodei este redat in figur ă.

Curentul prin diodă, generat prin efect fotoelectric, depinde deintensitatea fluxului luminos şi de sensibilitatea spectrală adiodei: iφ = Sp* Φ unde Sp este sensibilitatea spectrală a diodei iar.Φ este intensitatea fluxului luminos. În absenţa unui flux luminos, prin fotodiodă circulă un curent foarte mic -curentul de saturaţie - numit curent de întuneric. Acesta are valori de 10-12 μ A pentru fotodiodele cu germaniu şi 1-2 μ A pentru cele cu siliciu.

C A





Care ar putea fi valoarea rezistenţei R dacă tensiunea de alimentare E

este de 9V?Să ne amintim că un divizor de tensiune poate diviza tensiunea deintrare cu 2, dacă cele două rezistenţe sunt egale; să ne amintim că intensitatea curentului de întuneric este foarte mică -1 μ A pentru diodacu siliciu iar rezistenţa foarte mare. Pentru ca divizorul de tensiune să lucreze, trebuie ca şi R să fie mare; pentru E = 9V, R = 900kΩ.

Fotoelementul Fotodioda poate fi folosită ca celulă fotovoltaică sau convertor electricdacă lucrează f ăr ă polarizare inversă din exterior.; sub acţiunea luminii,apare un curent electric propor ţional cu intensitatea fascicolului luminoscare poate fi pus în evidenţă de un consumator.

Fotoelementul transformă direct energia luminoasă în energie electrică

constituind o sursă de energie. Fotoelementul debitează puteri de ordinulzecilor de miliwatt.Simbolul:

Fototranzistorul Fototranzistorul este u tranzistor la care curentul de colector estedeterminat de un fascicol luminos incident pe una din cele trei structurisemiconductoare. Deoarece curentul de colector este comandat defascicolul luminos incident, fototranzistorul se realizează f ăr ă electrodul

bază care asigur ă comanda curentului de colector pe cale electrică.Electrodul bază se foloseşte când este necesar ă stabilizarea curentuluide colector cu temperatura.

+E

R

Uieş

APLICAŢIE

p n

Φ

R

p n

A

_ +





Un avantaj al fototranzistorului este acela că sensibilitatea la lumină este mult mai mare decât la fotodiodă. Deoarece baza fototranzistoruluilucrează în gol, şi prin ea circulă întotdeauna curentul rezidual colector emitor ICE0 = ICB0 /( 1-α).Structura semiconductoare de fototranzistor, se plasează într-o capsulă prevăzută cu o fereastr ă în care este montată o lentilă care focalizează fluxul luminos asupra regiunii sensibile la lumină.Fototranzistoarele se folosesc în montaje în care trebuie sesizată prezenţa sau absenţa luminii.Dioda electroluminiscent ă – LED Light E mitting Diode Dioda electoluminiscentă, LED-ul este un dispozitiv semiconductor realizat dintr-o joncţiune pn polarizată direct care funcţionează pe bazaefectului fotoelectric extern – în zona de trecere a joncţiunii are loc unproces de recombinare electron- gol însoţit de emisie de energie înexterior. Cuantele de energie corespund radiaţiilor electromagnetice dinspectrul vizibil dacă semiconductorul de bază este GaAs.

Joncţiunea este realizată dintr-un material semiconductor compus:GaAs,GaAsP, GaAlAs. În funcţie de tipul structurii şi de impurităţile folosite sepoate obţine o radiaţie luminoasă care să aibă o anumită lungime deundă, deci o anumită coloraţie.Joncţiunile realizate cu GaAs emit radiaţiielectromagnetice în domeniul infraroşu, cu SiC lumina emisă estegalbenă, cu GaP lumina este verde.O aplicaţie foarte importantă a acestor diode este realizareaindicatoarelor numerice cu 7 segmente folosite la afişajului aparatelor numerice. Diodele care formează cele şapte segmente de afişare aucatodul comun iar dimensiunile cifrelor pot varia între 3 şi 60mm.Pentru afi uşor observabile, unele structuri se montează sub o lentilă convergentă

care măresc imaginea. (Nu trebuie să uităm însă că în perioada actuală afişajele cu cristale lichide sunt folosite pe scar ă largă).diodeleelectroluminiscente sunt utilizate foarte mult în circuitele de semnalizare.Parametrii electrici ai diodelor electroluminiscente :-Curentul direct maxim IF are valori de ordinul zecilor de mA;-Tensiunea de deschidere a joncţiunii UF poate varia între 1,2 V pentrudiodele care emit în infraroşu până la 3V pentru cele care emit luminaverde.-Tensiunea inversă UR poate avea valoarea maximă de Simbol:

Terminalul mai lung este anodul.Circuite de alimentare a diodei electroluminiscente:Valoarea rezistenţei de polarizare a diodei electroluminis-cente se calculează din relaţia E= UF + RIF pentru o anumită tensiune dealimentare impusă şi parametrii de catalog aidiodei electoluminiscente folosite în circuitul respectiv.

A C

UF

IF





LED-uri Circuit cu fotorezistenţe


16.Citeşte afirmaţiile de mai jos şi notează în dreptul lor litera A) dacă apreciezi că afirmaţia este corectă şi litera F, dacă apreciezi că afirmaţiaeste falsă:

a) Fotodioda funcţionează în polarizare inversă.b) Fotorezistenţa are o rezistenţă electrică variabilă cu intensitatea

fascicolului luminos incident.c) Fotorezistenţa prezintă o rezistenţă mare când este luminată şi o

rezistenţă mică în absenţa luminii.d) Dioda electroluminiscentă funcţionează în polarizare inversă e) Funcţionarea diodei electroluminiscente se bazează pe efectul

fotoelectric extern

17. Precizează când este necesar ă conectarea electrodului bază lafototranzistor.

18. Calculează valoarea rezistenţei de polarizare a unui LED alimentat la otensiune 5V ştiind că tensiunea UF=1,6V iar IF =20mA.

Rezolvarea o vei realiza în spaţiul liber din casetă.Verificarea corectitudinii rezolvării o poţi face consultândr ăspunsurile şi comentariile de la pagina 129.





R ĂSPUNSURI Ş I COMENTARII LA

ÎNTREB ĂRILE DIN TESTELE DE EVALUARE

Pentru rezolvare, trebuie să revezi capitolul “Componenteactive de circuit”.1.a) A; b)A c)F; d) F; e)A.2. Folosirea sistemelor de r ăcire a diodelor este necesar ă pentruevacuarea căldurii acumulate din cauza transformării prin efectJoule a energiei electrice determinată de creşterea curentului prindiodă sau a tensiunii inverse care produce curenţi de valori foartemari.3. -Intensitatea maximă a curentului direct – Imax ,şi

-tensiunea inversă maximă –Uinv max

4. I

E= R*I+ UD I=1000

DU E −

=1000

7,010 −=9,3mA

În celelalte două montaje curenţii sunt nuli deoarece diodelesunt polarizate invers şi circuitele nu se închid prin rezistenţateoretic infinită a diodelor polarizate invers.

5.a) A; b)A; c)F6. a) Bobină, condensator, potenţiometru, diodă varicap, sursă de

alimentare c.c.b)Dioda varicap este polarizată invers - anodul este conectat

la polul pozitiv al sursei de alimentare iar catodul, la un potenţialpozitiv variabil prin cursorul potenţiometrului P;la variaţia poziţieicursorului potenţiometrului, tensiunea de polarizare a diodeivaricap se modifică şi ca urmare , capacitatea diodei varicap, careeste unul din elementele circuitului oscilant de a cărui valoaredepinde frecvenţa de oscilaţie .7.Tranzistorul este o componentă activă de circuit alcătuită dintr-un monocristal semiconductor în care s-au creat două joncţiunipn. Pe fiecare din cele trei zone exist

ăfixat prin contact ohmic

câte un terminal: emitor, bază şi colector.8.Numărul de purtători de sarcină care ajung în colectorultranzistorului este mai mic decât cel emis de emitor din cauzaprocesului de recombinare care are loc în bază.9.Procesul de recombinare care are loc în baza tranzistoruluimicşorează numărul de purtători de sarcină care ar trebui să ajungă în colector dar, procentul de dopare precum şidimensiunea bazei, mult mai îngustă decât a colectorului,diminuează re combinarea.






10.Trecerea purtătorilor de sarcină din zona emitorului printr-orezistenţă foarte mică, prin fenomenul de difuzie , în bază, şitransferarea lor în colector printr-o rezistenţă foarte mare , se numeşteefect de tranzistor.11.a) A; b) F; c) A,

12. β =α

α

−1

-α este factorul de amplificare în curent conexiunea bază comună;-β este factorul de amplificare în curent în conexiunea emitor comun;

13. Curentul ICBO este format din purtători minoritari care apar datorită agitaţiei termice: golurile minoritare din bază şi electronii minoritari dincolector.14. Varianta corectă: b15. b; c; c; c; a.

16.a) A; b) A; c) F; d) F; e) A17. Când este necesar ă stabilizarea punctului static cu temperatura.

18. R = A

V V

02,0

6,15 −= 170 Ω





LUCRAREA DE VERIF ICARE NR.4

InstrucţiuniLucrarea de verificare , al cărei conţinut este prezentat mai jos, vă solicită activităţi care necesită cunoaşterea şi însuşirea conceptelor din unitatea de învăţare 4.Răspunsurile la întrebări vor fi transmise prin poştă tutorelui pentru corectareşi eventuale comentarii. Pe prima pagină a lucr ării se vor scrie următoareleinformaţii : titlul acestui modul (Materiale electronice şi electrotehnice),numărul lucr ării de verificare ( Nr.4) numele cursantului şi adresa.Rezolvarea cu succes a acestei lucr ări vă poate ajuta să obţineţi 6 % dinpunctajul necesar absolvirii modulului.Vă recomand să scrieţi clar r ăspunsurile şi dacă este posibil, realizaţi oredactare computerizată. Pentru comentariile tutorelui, lăsaţi o margine de

5cm şi aceeaşi distanţă între r ăspunsuri. Pentru securitatea lucr ării vă recomand să scrieţi numele cursantului pe fiecare pagină.1.Calculaţi valoarea şi puterea rezistenţei R în funcţie de variaţia tensiunii dealimentare E, pentru ca tensiunea la bornele rezistenţei de sarcină RS şicurentul prin aceasta să se păstreze constante. Consemnaţi datele în tabel.

R

RSE

Iz

UzDZ

+

-

1

E (V) Emin (V) US ( V) IS (mA) R (Ω, W)Puterea

DZ10V 8V

7V6V

5V 50mA

10 PUNCTE

2.Ştiind că tensiune de prag a unui LED roşu este de 1,8V, a unui LED verdeeste de 2,1 V şi a unui LED albastru este de 4,5V ; valoarea tensiunii dealimentare a circuitelor este E= 3V, iar rezistenţa de polarizare R = 100Ω,precizaţi în tabel starea Led-urilor şi argumentaţi r ăspunsul.





R

UF

IF

E

IF

R

E

LED Roşu Verde AlbastruStins Aprins

30 PUNCTE3. Realizează o comparaţie între un potenţiometru şi o fotorezistenţă din punct devedere constructiv, al modului de variaţie al rezistenţei electrice şi al utilizării lor.

10 PUNCTE4. Analizează montajul electronic din figur ă ,explică modul de funcţionare.

RC

R2R1

+E

D2

D1

50 PUNCTE

Bibliografie.1. Dan Dascălu ş.a. Dispozitive şi circuite electronice, Editura

didactică şi Pedagogică, Bucureşti 1982, Pag. 33 –37, 57-59,69-73, 109-119 , 217-229.

2. Th. Dănilă, N.Reus, V. Boiciu, Dispozitive şi circuite electronice,

Editura didactică şi Pedagogică, Bucureşti 1982, Pag. 28- 55,58- 62, 81- 98, 155- 158.3. Th. Dănilă, Monica Ionescu Vaida, Manual de componente şi

circuite electronice Editura didactică şi Pedagogică, Bucureşti1993, Pag 30 - 61.

4. Ileana Venera Piţurescu, Carmen Gheaţă, Liliana Lakatoş,Eugen Lakatoş, Surse regenearbile de energie, EdituraElisavaros, 2002, Pag. 33 – 65

5. Rodica Irina Rabeja, Diode şi tranzistoare, editura tehnică,1987, pag. 7-24, 46- 57, 57- 76.

UD



Redresoare


UNITATEA DE ÎNVĂŢARE NR.5REDRESOARE

Capitol Pagina



5.2. Redresor monoalternanţă 135

5.3. Redresor dublă alternanţă cu transformator cu priză mediană 138

5.4. Redresor dublă alternanţă cu punte redresoare 141

5.5. Filtre de netezire 142

Răspunsuri şi comentarii la întrebările din testele de autoevaluare 147Lucrarea de verificare nr. 5 148

Bibliografie 149

OBIECTIVE:- după parcurgerea acestui capitol, vei fi capabil să

recunoşti componente electronice în circuitele dealimentare.

- vei fi capabil să explici rolul componentelor electronice în circuite de alimentare cu energieelectric ă.s- vei fi capabil să explici modul de func ţ ionare a unui redresor.

- vei putea să dimensionezi elementele de circuit din

montajele de redresare a tensiunii alternative.

- vei fi capabil să argumentezi alegerea unor solu ţ ii tehnice pentru realizarea circuitelor de alimentare cu tensiune continu ă.



Redresoare


5.1. Introducere În foarte multe aplicaţii este necesar ă alimentarea instalaţiilor şiaparatelor electronice în curent continuu. Deoarece sursa de alimentarecu energie electrică este în majoritatea cazurilor reţeaua alternativă trifazată de distribuţie (alimentare) este necesar ă transformarea energieielectromagnetice de curent alternativ în energie electromagnetică decurent continuu. Aceasta se realizează cu ajutorul circuitelor redresoare,prin procesul de redresare. Aceşti consumatori, necesită alimentarea cutensiuni continue de valoare variabilă între ordinul volţilor (aparatura cutranzistoare) şi sute sau mii de volţi (instalaţii industriale, aparaturaspecială). Domeniul larg de tensiuni de alimentare, face necesar ă conectarea redresorului la reţeaua de alimentare de c.a. prin intermediulunui transformator, numit transformator de reţea.Blocul redresor (R) conţine în structura sa, elementele redresoare, carepermit conducţia curentului numai într-un sens. Ca elemente redresoarese utilizează: diodele cu vid si gaz, redresoare cu vapori de mercur,

ignitroane, diode redresoare semiconductoare, tiristoare, tiratroane..Faţă de celelalte tipuri de elemente redresoare, redresoarele cu diodesemiconductoare prezintă o serie de avantaje: căderea de tensiunedirectă mică, durata de funcţionare f ăr ă întreţinere îndelungată, gabaritulinstalaţiilor redus, cost scăzut.Pentru a reduce pulsaţiile tensiunii redresate aşa încât tensiuneafurnizata consumatorului, să fie cât mai apropiată de cea continuă, estenecesar ă montarea unui filtru de netezire în paralel cu sarcina.Clasificarea redresoarelor: în funcţie de natura sarcinii:-redresoare cu sarcina rezistivă (R )

-redresoare cu sarcină inductivă(RL)-redresoare cu sarcină capacitivă (RC). Aceste sarcini necesită alimentarea cu o tensiune continuă de valoarefixă sau reglabilă. În funcţie de posibilitatea de a furniza sau nu o tensiune reglabilă,redresoarele se împart în:-redresoare necomandate, care furnizează o tensiune fixă la ieşire -redresoare comandate, care furnizează o tensiune reglabilă la ieşire. În funcţie de numărul de faze ale transformatorului de alimentare,redresoarele se pot clasifica în:-redresoare monofazate, folosite până la puteri de 1 kW

-redresoare polifazate, folosite la puteri mai mari de 1 kW.

Redresoare monofazateRedresoarele monofazate se conectează la reţeaua de alimentare , de220 V/50 Hz prin intermediul unui transformator monofazat. Din punct devedere al numărului de alternanţe care sunt redresate, ele se potclasifica în:-redresoare monofazate monoalternanţă, - redresează o singur ă alternanţă a tensiunii alternative de alimentare-redresoare dubl ă alternant ă, care redresează ambele alternanţe.



Redresoare


5.2. Redresoare monofazate monoalternanţă

Figura1.

Când tensiunea la bornele înf ăşur ării secundare u(t) depăşeştetensiunea de deschidere a diodei D, aceasta începe să conducă. Tensiunea la bornele sarcinii va fi egală cu tensiunea la bornele înf ăşur ării secundare mai puţin tensiunea de conducţie directă a diodeicare, în cazul unei diode cu siliciu este de 0,7V. Se observă că dioda şi

consumatorul alcătuiesc un divizor de tensiune şi valoarea tensiunii labornele consumatorului este mai mică decât tensiunea maximă măsurată la bornele secundarului cu U A ( căderea de tensiune la bornelediodei).

În figur ă sunt reprezentate formele de undă ale semnalelor la bornele înf ăşur ării secundare – U(t) , la bornele rezistenţei de sarcină Us, şicurentul prin sarcină, IS, care reproduce ca formă, tensiunea de labornele secundarului. Curentul prin consumator atinge o valoare maximă ISM = IDM Se observă că la bornele consumatorului există tensiune numai în alternanţa pozitivă a semnalului aplicat la intrare. În practică, interesează valorile efective ale curenţilor şi tensiunilor pentru dimensionarea componentelor necesare realizării unei surse de



Redresoare


alimentare. De aceea î ţi propun să calculăm valorile curentului şitensiunii redresate în funcţie de valorile şi de variaţiile în timp aletensiunii de la reţea.Redresorul monofazat se conectează la reţeaua alternativă, de 220V/50 Hz prin intermediul unui transformator monofazat. Tensiunea din secundarul transformatorului este sinusoidală.

u(t)= Umaxsinω t= 2 Uef sinω tUmax- amplitudinea, iar Uef - valoarea efectiva a tensiunii dinsecundar.Curentul maxim prin diodă, IDM = ISM (curentul maxim prin sarcină); IDM =

ISM =S d

axm

R R

U

+=

S d

ef

R R

U

+

2; deoarece dioda are o rezistenţă practic

neglijabilă, IDM = ISM =S

ef

R

U 2.

Variaţia în timp a tensiunii la bornele consumatorului va fi :

us =RS IS = t U R R

R

DS

S ω sin

max

+

Tensiunea maximă la bornele sarcinii va fi:

USM = ef

DS

S

U R R

R2+ = RS IMD

În alternanţa negativă a tensiunii u( t), dioda este blocată şi sarcina estedeconectată de la secundarul transformatorului. Ca urmare curentul şitensiunea la bornele consumatorului sunt nule. Se spune că tensiunea şicurentul prin sarcină sunt pulsatorii . Semnalele de această formă au ovaloare medie de forma A/ π unde A este amplitudinea pulsuluisinusoidal.

IO =π

SM I =

S D

ef

R R

U

+π

2=

S

ef

R

U

π

2iar

UO =π

SM U = ef U π

2 .

Cu aceste valori putem calcula randamentul redresorului monofazat,monoalternanţă considerând că puterea utilă este puterea absorbită desarcină.

PU = U0 I0 =S

ef

R

U 2

2

2

π

Deoarece prin rezistenţa de sarcină circulă curent numai în alternanţapozitivă, puterea absorbită de la reţea este

Pa =

S D

ef

R R

U

+

2

2

1

Aceast ă valoare prezint ă interes pentru alegerea diodei redresoare al c ărei curent maxim pe care îl poate suportatrebuie să fie mai mare decât curentul prin consumator.



Redresoare


Ca urmare, randamentul η =a

U

P

P =

DS

S

R R

R

+2

4

π ≈40%

Reţineţi: în toate calculele, valorile efective şi maxime sunt aletensiunii la bornele înf ăşur ării secundare

Pentru alegerea diodei redresoare este necesar ă cunoaşterea tensiuniiinverse maximă care se aplică pe diodă în alternanţa negativă.

Aşa cum se observă pe grafic, variaţia tensiunii la borne- leconsumatorului nu este continuă în timp ci pulsatorie. Pentru a apreciacât de apropiată este forma tensiunii redresate de cea a tensiuniicontinue, se introduce un coeficient numit factor de ondulaţie care estedefinit astfel:

γ =0

1

U

U unde, U1 este amplitudinea componentei tensiunii de frecvenţă

fundamentală ( în cazul alimentării de la o tensiune alternativă de lareţea, aceasta este frecvenţa de 50Hz.) iar U0 este componenta de

curent continuu.

γ=

π

SMAX

SMAX

U

U

2 =2

π = 1,57

În cazul unui redresor ideal, factorul de ondulaţ ie trebuie să fie zero.

Cunoaşterea valorii puterii absorbite este foartenecesar ă pentru dimensionarea transformatorului

Tensiunea inversă maxim admisibil ă a diodei trebuiesă fie mai mare decât tensiunea inversă maximă carese aplic ă în alternanţ a negativ ă.



Redresoare


Redresoare monofazate dubl ă alternanţă Pentru îmbunătăţirea factorului de ondulaţie şi a randamentului sefolosesc redresoare dublă alternanţă. transformator cu priză mediană însecundar şi montajul in punte.Redresoarele monofazate dublă alternanţă se utilizează în două variante: montajul cu transformator cu priză mediană şi cu punteredresoare

5.3. Redresor cu transformator cu priză mediană în secundar schema este prezentată în figura de mai jos. Analizăm circuitul în cazul

când diodele sunt considerate ideale (rezistenţa lor internă este nulă) şise neglijează rezistenţa internă a transformatorului( rezistenţa proprie a


1.Citeşte afirmaţiile de mai jos şi notează în dreptul lor litera A dacă apreciezică afirmaţia este corectă şi litera F, dacă apreciezi că afirmaţia este falsă:

a) În cazul redresorului monoalternanţă dioda conduce numai înalternanţa în care este polarizată direct

b) În polarizare directă dioda prezintă o rezistenţă mare, iar în polarizareinversă, o rezistenţă mică.

2. Calculează valoarea maximă a curentului prin consumator furnizat de unredresor monoalternanţă, ştiind că la bornele secundarului se măsoar ă cu unvoltmetru digital U= 12V, iar consumatorul are u rezistenţă de 1kΩ.

3. Ştiind că valoarea frecvenţei tensiunii de alimentare a unui redresor monoalternanţă este de 50Hz, determină valoarea frecvenţei tensiuniipulsatorii de la bornele consumatorului.

4.Calculează valoarea medie a curentului şi a tensiunii redresate de unredresor monoalternanţă care primeşte din secundarul transformatorului otensiune Uef = 10V şi care alimentează un consumator cu rezistenţa de100Ω.

Rezolvarea o vei realiza în spaţiul liber din casetă.Verificarea corectitudinii rezolvării o poţi face consultând r ăspunsurileşi comentariile de la pagina 147



Redresoare


înf ăşur ării). Priza mediană din secundar asigur ă obţinerea a două tensiuni cu amplitudini egale dar defazate cu 1800.

Observă că pe schema electrică, s-a marcat începutul înf ăşur ărilor secundare cu (*.)Sensul tensiunii induse în înf ăşurarea secundar ă estedinspre începutul înf ăşur ării spre sfâr şitul acesteia. Cele două tensiuniau o variaţie sinusoidală în timp şi au valoarea de forma:u1(t)= Umaxsinω t si u2(t)= -Umaxsinω t.

Prin rezistenţa de sarcină Rs, conectată între punctul median al

transformatorului şi punctul comun al catozilor diodelor redresoare, celor două diode li se aplică o tensiune de polarizare directă sau inversă. În alternanţa pozitivă dioda D1 este polarizată direct, (rezistenţa sa estenulă, de aceea este reprezentată în circuitul echivalent ca un contact închis şi dioda D2 , care este polarizată invers, este reprezentată ca uncontact deschis) iar în alternanţa negativă dioda D2 este polarizată direct.In ambele alternante, prin rezistenta de sarcină curentul circulă în acelaşisens, deci polaritatea căderii de tensiune la bornele sarcinii nu seschimbă.Dacă examinezi graficul în care sunt prezentate formele de undă alesemnalelor, se observă că într-o perioadă T, apar două impulsuri aletensiunii redresate astfel că valoarea medie este:



Redresoare


Valoarea curentului redresat este:Puterea de curent continuuabsorbită de sarcină este:

Puterea utilă consumată de rezistenţa de sarcină este:

P0= s

ef

s

s

R

U

R

U 2

2

2

2

max

2

84

π π = .

Puterea absorbita de la sursa de curent alternativ este:

Pa= )ef ef I U 22

∗ = s

ef

RU

2

2 .

Randamentul redresorului dubla alternanta este:

η = A

U

P

P =

S

ef

S

ef

R

U

R

U

2

2

2

2

2

8

π =π

8= 81%

Dacă analizăm schema, în timpul alternanţelor pozitive, când conducedioda D1, dioda D2 este polarizată invers cu o tensiune dată de sumaus+u2. Valoarea maximă a acestei tensiuni este 2U2max şi este luată înconsideraţie la alegerea diodelor redresoare adică:

Uinv max≈2U2max M U 1≤ ; U2 max 2

max1U

≤ .Deşi randamentul acestui redresor este dublu faţă de al redresoruluimonoalternanţă, utilizarea unui transformator cu priză mediană aducedezavantaje de ordin economic: gabarit ridicat al montajului, consum maimare de cupru şi în plus, realizarea unui astfel de transformator este mailaborioasă. De aceea s-a realizat schema de redresare dublă alternanţă cu punte de diode conectată în secundarul transformatorului ca cel dinfigura 3.

U0= 2π π

max2max2U U s = .

I0= 2 s

s

RU π

max .

Redresorul dubl ă alternanţă cu transformator cu priz ă mediană are randament dublu faţă deredresorul monoalternanţă.



Redresoare


5.4. Redresor dublă alternanţă cu punte redresoare

Figura 3

În alternanţa pozitivă a tensiunii din secundar, conduc diodele D1 si D2,aşa încât curentul prin sarcina va fi

is(t)= i A1 (t)= i A2(t)= i A1, A2(t)iar tensiunea pe sarcină us(t)= Rsis(t)= Rsi A1, A2(t). În alternanţa negativă conduc diodele D3 şi D4 astfel că is(t)= i A3,A4 (t); us(t)= Rsi A3,A4(t).Reprezentarea grafică a semnalelor este aceeaşi ca la redresorul cutransformator cu priză mediană Într-o perioadă T, la bornele sarcinii apar doua alternante ale tensiuniiredresate, ca şi în cazul redresorului dublă alternanţă cu transformator cu priza mediană; ca urmare, mărimile I0, U0, P0, Pa, η au aceleaşiexpresii şi valori.Dacă se urmăreşte ( în figura 3b) circuitul diodelor D3 şi D4, blocate în

alternanţa în care conduc D1 si D2 , se constată că acestea suntpolarizate cu o tensiune inversă egală cu suma us+u2 care are valoareamaximaUinv max≅U2 max; U2 max≤U1M. În cazul redresoare lor dublă alternanţă, factorul de ondulaţie este

γ=

π

π

SMAX

SMAX

U

U

2

3

4

=3

2=0 ,67

Un avantaj deosebit pe care îl prezintă redresorul dublă alternanţă cu

punte redresoare este gabaritul redus dat fiind că puntea redresoareexistă sub formă integrată.



Redresoare


5.5. Filtre de netezirePentru ca tensiunea de la bornele consumatorului să aibă o formă câtmai apropiată de forma tensiunii continue a cărei reprezentare grafică seaflă în figura 4, este necesar ă utilizarea unor cuadripoli numiţi filtre denetezire

Figura 4

Cuadripol = un circuit electric care are două borne de intrare şi două borne de ieşire.Filtru (pasiv ) = circuit electronic format din condensatoare, bobine şi/saurezistoare care, în funcţie de structura lor şi de valorile parametrilor acestor componente realizează transferul energiei electrice , de la intrarespre ieşire, în mod selectiv, corespunzător frecvenţei semnalelor transmise.Filtrul de netezire se conecteaz ă în paralel cu rezistenţ a de sarcină.Filtrele de netezire pot fi cu intrare pe capacitate sau cu intrare peinductanţă. Filtru cu intrare pe capacitateProprietăţile filtrului cu intrare pe capacitate vor fi prezentate în cazulcel mai simplu, când filtrul este format numai din capacitatea de intrare,conectat în paralel cu rezistenţa de sarcină (acest circuit poate ficonsiderat şi ca un redresor cu sarcina

RC).Figura 5

t

U

DIC Ţ IONAR



Redresoare


În alternanţa pozitivă, condensatorul se încarcă instantaneu prinrezistenţa înf ăşur ării secundare şi prin diodă care fiind polarizată direct,prezintă o rezistenţă internă foarte mică. Valoarea tensiunii cu care se încarcă condensatorul este valoarea maximă a tensiunii din secundar. Înalternanţa negativă, condensatorul se descarcă prin rezistenţa desarcină. La apariţia unei noi alternanţe pozitive, condensa torul se încarcă din nou la valoarea maximă a tensiunii din secundar. Durataintervalului de timp în care se descarcă condensatorul depinde decapacitatea pe care o are: cu cât capacitatea este mai mare, cu atâtdurata de descărcare este mai mare. Condensatorul are tendinţa de a seopune variaţiilor de tensiune menţinând astfel relativ constantă tensiuneala bornele sarcinii. Cu cât capacitatea sa este mai mare cu atâtdescărcarea se va face mai lent iar tensiunea la bornele consumatoruluiva avea o formă mai apropiat de forma tensiunii continue. Pe graficul dinfigura 5, s-au trasat variaţiile tensiunii redresate şi ale tensiunii în cazulconectării unui condensator în paralel cu consumatorul C2 > C 1

LUCRARE DE LABORATOR

Obiective.

-Vizualizarea semnalelor la bornele uni consumator în cazul alimentării

de la o sursă de tensiune redresată.-Măsurarea valorilor tensiunii redresate f ăr ă şi cu filtru capacitiv

Cunoştinţ e necesare: modul de func ţ ionare a redresoarelor mono şi dubl ă alternanţă.

Materiale necesare: redresor monoalternanţă , redresor dublă alternanţă, , multimetru analogic/ digital, osciloscop, rezistenţe de 200Ω şi de 2,2k Ω , condensatoare electrolitice de 50μF şi μF, cordoane delegătur ă.

Modul de lucru:

Se va realiza montajul din figura de mai jos în care se vor monta pe rândun redresor monoalternanţă şi un redresor dublă alternanaţă.

1. Redresor monoalternanţă a) Conectaţi rezistenţa de 200 Ω la bornele redresorului, alimentaţiredresorul la tensiunea de la reţeaua de 220V şi vizualizaţi pe osciloscop

semnalul la bornele secundarului şi apoi la bornele consumatorului.b) Măsuraţi cu un voltmetru valoarea tensiunii la bornele secundarului U2

,şi apoi la bornele consumatorului, UR.

APLICAŢII

C1Redresor C2

V Osciloscop



Redresoare


c) Conectaţi pe rând, condensatoarele C1 (50 μF )şi C2 (100μF),vizualizaţi formele de undă la bornele consumatorului măsuraţi UC1 şi UC2 Comparaţi cele două semnale vizualizate între ele.2. Decuplaţi alimentarea şi realizaţi un montaj cu un redresor dublă alternanţă.a) Conectaţi consumatorul la bornele redresorului, alimentaţi redresorul

la tensiunea de la reţeaua de 220V şi vizualizaţi pe osciloscop semnalulla bornele secundarului şi apoi la bornele consumatorului.b) Măsuraţi cu un voltmetru valoarea tensiunii la bornele secundarului U2 ,şi apoi la bornele consumatorului, UR.c) Conectaţi pe rând, condensatoarele C1 şi C2 vizualizaţi formele deundă la bornele consumatorului şi măsuraţi UC1 şi UC2

Comparaţi cele două semnale vizualizate între ele.Notaţi valorile măsurate în tabelul de mai jos.

R=200Ω

Tipul redresorului U2 UR UC1 UC2Redresor monoalternanţă Redresor dublă alternanţă

3. Repetaţi operaţiile de la punctul 1 şi 2, conectând de data aceastarezistenţa de 2,2 KΩ şi refaceţi tabelulR=2,2kΩ Tipul redresorului U2 UR UC1 UC2

Redresor

monoalternanţă Redresor dublă alternanţă

Răspundeţi la următoarele întrebări1.Prin mărirea rezistenţei de sarcină, pulsaţiile:a) cresc? b) scad? c) r ămân aceleaşi î şi modifică frecvenţa?2. Argumentaţi folosirea condensatoarelor electrolitice ca filtre denetezire a pulsaţiilor. Întocmiţi referatul lucr ării care va cuprinde tabelele cu măsur ărileefectuate, diagramele de semnal observate pentru fiecare montaj realizatşi r ăspunsurile la întrebări.



Redresoare


REFERAT



Redresoare



5.Realizează o comparaţie între cele trei tipuri de redresoare studiate,conform tabelului de mai jos.

Tip de redresor CaracteristicaRedresor monoalternanţă

Valoarea randamentului

Redresor dublă alternanţă Valoarea randamentului

Redresor monoalternanţă Valoarea factorului de ondulaţie

Redresor dublă alternanţă Valoarea factorului de ondulaţie

Redresor monoalternanţă Valoarea frecvenţei semnalului

pulsatoriu la bornele consumatorului

Redresor dublă alternanţă Valoarea frecvenţei semnalului

pulsatoriu la bornele consumatorului

Redresor monoalternanţă Număr de diode

Redresor dublă alternanţă Număr de diode

Rezolvarea o vei realiza în spaţiile libere din tabel.Verificarea corectitudinii rezolvării o poţi face consultând r ăspunsurile şicomentariile de la pagina 147



Redresoare



Pentru rezolvare trebuie să revezi capitolele de redresoare

1. a)A; b)F;2. 16,9 mA;3. 50Hz 4. 4,49V; 44,9 mA 5.

Tip de redresor Caracteristica

RMAValoarea randamentului 0,41

RDAValoarea randamentului 0,8

RMAValoarea factorului de ondulaţie 0,67

RDAValoarea factorului de ondulaţie 1,57

RMAValoarea frecvenţei semnalului pulsatoriu la

bornele consumatorului 50Hz

RDAValoarea frecvenţei semnalului pulsatoriu la

bornele consumatorului :100Hz

RMA Număr de diode mic –1

RDANumăr de diode mare –2 sau 4



Redresoare




InstrucţiuniLucrarea de verificare , al cărei conţinut este prezentat mai jos,vă solicită unele activităţi care necesită cunoaşterea şi însuşireaconceptelor din unitatea de învăţare 5Răspunsurile la întrebări vor fi transmise prin poştă tutoreluipentru corectare şi eventuale comentarii. Pe prima pagină alucr ării se vor scrie următoarele informaţii : titlul acestui modul(Redresoare), numărul lucr ării de verificare ( Nr.5) numele

cursantului şi adresa.Rezolvarea cu succes a acestei lucr ări vă poate ajuta să obţineţi6% din punctajul necesar absolvirii modululuiVă recomand să scrieţi clar r ăspunsurile şi dacă este posibil,realizaţi o redactare computerizată. Pentru comentariile tutorelui,lăsaţi o margine de 5cm şi aceeaşi distanţă între r ăspunsuri.Pentru securitatea lucr ării vă recomand să scrieţi numelecursantului pe fiecare pagină.

1.Enumeraţi avantajele folosirii unui redresor dublă alternanţă comparativ cu un redresor monoalternanţă.

40 PUNCTE

2.Precizaţi mărimile de ale căror valori care trebuie să se ţină seama la proiectarea şi alegerea componentelor unui redresor

60 PUNCTE



Redresoare


Bibliografie1. Dan Dascălu ,ş.a. Dispozitive şi circuite electronice,

Editura didactică şi pedagogică, 1982, Pag. 330-339

2. Th. Dănilă, Monica Ionescu Vaida, Manual deComponente şi dispozitive electronice, Editura didactică şi pedagogică, 1993, Pag. 3-21

3. Rodica Irina Rebeja Diode şi tranzistoare, Edituratehnică, 1987, Pag. 18- 22

4. Defecte electronice, George Loveday, editura Teora, 1994Pag. 42- 44

5. Constantin Miroiu, Lucr ă

ri practice de componenteş

icircuite electronice,1983, Editura didactică şi pedagogică Pag. 36- 43, 114- 120.

6. Mariana Robe ş.a. Componente şi circuite electronice –Sinteze pentru examenul naţional de bacalaureat, EdituraEconomică Preuniversitaria, 2000 – Pag. 55- 64



Tehnologia cablajelor imprimate


UNITATEA DE ÎNVĂŢARE NR.6

TEHNOLOGIA DE REALIZARE A CABLAJELOR IMPRIMATE

Capitol Pagina



6.2. Lipirea 151

6.3. Cablaje imprimate 153

6.4. Executarea lipirii cu ciocanul de lipit 154

6.5. Dezlipirea componentelor 157

6.6. Recomandări pentru plantarea componentelor electronice 1606.7. Realizarea circuitelor imprimate cu componente pasive

Proiectarea şi realizarea divizorului de tensiune 160

Proiectarea şi realizarea divizorului de curent 161

Bibliografie 162

OBIECTIVE:

- după parcurgerea acestei unit ăţ i de înv ăţ are, vei fi capabil să realizezi circuite foarte simple cu componente electronice pe cablaje imprimate.

- vei putea să demonstrezi c ă ai înţ eles cum serealizeaz ă cablajele imprimate.

- vei şti să aplici reguli de protec ţ ie a muncii larealizarea circuitelor electrice şi electronice.

- vei fi capabil să realizezi circuite imprimate.





Tehnologia de realizare a cablajelor imprimate6.1. IntroducerePrecizia şi calitatea funcţionării echipamentelor electronice suntinfluenţate de schema electronică şi de calitatea materialelor şi acomponentelor utilizate.Elaborarea constructivă a echipamentelor electronice constă în plasarea în spaţiu a blocurilor de comandă şi de comutare, ale blocurilor dealimentare şi ale elementelor semnalizatoare.Funcţiile echipamentelor electronice sunt realizate prin montajeleelectronice asamblate într-o construcţie de tip modular.Cablarea unui circuit electric constă în realizarea legăturilor electrice între păr ţile sale componente (piese şi subansambluri etc ).

Figura1. Subansamblu electronic

Subansamblurile se realizează prin lipirea directă a terminalelor componentelor direct între ele, prin intermediul unor conductoare

discrete (montaje convenţionale), sau prin lipirea componentelor pecablaj (circuite) imprimate. La rândul lor subansamblurile, conţinute peun cadru sertar sau şasiu, sunt conectate între ele prin alte elemente delegătur ă: conductoare lipite sau înf ăşurate foarte strâns, conectoare saumufe, reglate cu şurub. În imaginea de mai jos este prezentat un circuit imprimat

6.2.Lipirea este operaţia de îmbinare a două sau mai multe piesemetalice între ele, la cald, cu ajutorul unui material de adaos, în staretopită numit aliaj de lipit. Lipirea componentelor trebuie să asigure o





rigiditate mecanică corespunzătoare, cât şi o rezistenţă electrică extremde mică (practic nulă).Lipirea se poate face manual, cu ciocane electrice de lipit (având putericuprinse între15 si 20 W), sau automat, în băi speciale de lipire (înproducţia de mare serie, industrială). Înainte de executarea unei lipituri, suprafaţa pieselor ce urmează a filipite se cur ăţă ( cu un cuţit sau cu hârtie abrazivă fină) de izolaţie, email,oxizi sau alte impurităţi, pană când suprafeţele devin str ălucitoare.Suprafeţele cur ăţate se protejează împotriva oxidării sau coroziunii, cudecapanţi. Decapantul cel mai utilizat este colofoniul (sacâzul).El sefoloseşte fie în stare naturală (solidă), fie in soluţie de alcool. Colofoniulader ă cu uşurinţă pe suprafeţele ce urmează a fi lipite deoarece se înmoaie între 50 si 80o C şi devine lichid la 125o C. Pe suprafeţele încălzite pe care se află, colofoniul creează o peliculă protectoare care,asigur ă o bună cositorire a pieselor. Aliajul de lipit este o compoziţie în anumite procente, de cositor şi plumb,

cu punct de topire scăzut (cca 200

o

C), care are o bună fluiditate latemperatura de topire şi o bună aderenţă la suprafeţele de lipit curate,Pentru a se mări operativitatea executării lipiturilor, se utilizează fludorul.El se prezintă sub forma unui conductor de aliaj de lipit cu diametrul de 1- 5 mm fiind prevăzut cu unul sau mai multe canale interioare umplute cudecapant.Ciocanul de lipit trebuie să fie bine încălzit, vârful său din cupru, trebuiesă aibă o culoare vişinie închisă şi să fie cositorit. Un vârf insuficient încălzit, nu topeşte bine aliajul de lipit (care se înmoaie numai, având ostructura amorf ă şi o culoare gri mată), iar un vârf supraîncălzit seoxidează şi nu poate fi utilizat cositorul neaderând pe suprafaţa sa.

Lipitura propriu-zisa se face intr-un timp scurt (1-2 sec), pentru catemperatura ridicata a lipiturii sa nu se transmită componentelor.Suprafeţele cositorite se suprapun câţiva mm, se fixează mecanic (se ţincu o pensetă, cu mâna sau alt mod), se pun în contact cu vârfulciocanului de lipit care în prealabil a fost cositorit. Când suprafaţapieselor a ajuns la temperatura de topire, se adăugă puţin fludor, care,topindu-se, ader ă instantaneu la suprafaţă şi, datorită for ţelor detensiune superficială “îmbracă” zona, formând un corp geometric deforma unei picături alungite (dacă s-au lipit două conductoare), sau unmic con ( daca s-a lipit un conductor la o suprafa ţă mai mare). Se îndepărtează rapid vârful ciocanului de lipit şi se ţine lipitura nemişcată

câteva secunde, până ce aliajul se solidifică, suprafaţa sa exterioar ă având o culoare argintie, str ălucitoare.O lipitur ă buna are puţin cositor, care “îmbracă” piesele puse în contact.Dacă se pune mult aliaj, acesta se va r ăci foarte greu, iar mişcareinvoluntar ă a pieselor duce la solidificarea imediată prin cristalizare aaliajului; în acest caz, suprafaţa lipiturii are culoarea gri mat, lipitura este“rece” şi are rezistenţă electrică ridicată, care duce la defectareacircuitului prin întrerupere.





6.3. Cablaje imprimateUn cablaj cuprinde un sistem de conductoare plate aşezate în unul,două sau mai multe plane paralele, fixate (lipite) pe un suport izolantrigid sau flexibil. După numărul de plane în care se află conductoarele,există cablaje imprimate simple (mono) , duble sau multistrat. În figura de mai jos sunt date elementele adezive de cablaj.

Fig.2 Elemente adezive de cablaj.

Figura 3. Cablaje imprimat

Pentru realizarea unui cablaj imprimat, se face întâi desenul acestuia ,pornind de la schema electrică, ţinând seama de următoarelerecomandări:- amplasarea componentelor trebuie să fie cât mai judicioasă , axelelor fiind paralele cu marginile plăcii cablajului ;- conexiunile dintre componente trebuie sa fie cât mai scurte ;- traseele conductoarelor trebuie să aibă o lăţime de minimum 0,6 mmiar cele parcurse de curenţi mari trebuie să fie mai late (circa 1mm pentrufiecare amper);- între trasee se lasă un spaţiu de circa 0,5 – 1 mm;- poziţiile găurilor se aşează în nodurile unei reţele de coordonate(rastru) , având pasul normalizat la 2,5 mm;- se evită utilizarea traseelor paralele lungi, ce dau naştere lacapacităţi parazite ;- pastilele metalice din jurul găurilor trebuie să aibă un diametru decirca 2 mm sau mai mare decât cel al orificiului, pentru o aderaresuficientă a aliajului de lipit.După realizarea desenului, se face transpunerea lui pe suprafaţa folieide cupru , imprimarea f ăcându-se prin procedee fotografice ( la serii mari) sau serigrafice : viitoarele conductoare sunt acum acoperite cu un lacsau o vopsea rezistentă la acizi ( fig . 2 ). După uscare , se face corodare

în băi cu soluţii acide (cel mai des se utilizează clorura ferică), care încâteva minute atacă şi înlătur ă cuprul ne protejat.





Placa se spală bine pentru înlăturarea agentului corodant şi a produşilor de corodare, apoi se înlătur ă cerneala protectoare prin spălarea cu undiluant potrivit şi se execută diverse prelucr ări mecanice: găuriri , tăieri ,decupări etc.Pentru evitarea oxidării suprafeţei conductorului de cupru , cablajul seacoper ă cu lacuri de protecţie care servesc şi ca fondanţi pentru lipire. în continuare se introduc componentele, se taie scurt terminalele ( înprealabil ele au fost îndoite pentru a ajunge in dreptul orificiilor ) , iar înfinal se lipesc cu aliaj de lipit terminalele de placat . Lipirea trebuie sa sefacă rapid şi precis , deoarece lipituri repetate sau îndelungate, datoritasolicitării termice a liantului, duc la exfolierea placatului şi distrugereacablajului imprimat.

Fig.4. Etapele principale ale tehnologiei de fabricaţie a unui cablaj imprimatsimplu placat. 6.4. Executarea lipirii cu ciocane sau pistoale de lipit. Reguli generale:• Niciodată nu atingeţi vârful ciocanului de lipit. Este foarte fierbinte

(aproximativ 400°C) şi vă puteţi produce o arsur ă. Lucraţi intr-un loc bineaerisit.





• Fumul care se emană din topirea fludorului este foarte iritant. Evitaţisă-l inspiraţi şi pentru aceasta nu ţineţi capul deasupra lipiturii.• Spălaţi-vă pe mâini după ce folosiţi fludorul.(fludorul conţine plumbcare este un metal toxic).Pregătirea ciocanului de lipit:•

Puneţi ciocanul de lipit pe suport şi introduceţi-l în priză. Va duracâteva minute până când el va ajunge la temperatura de lucru de circa400°C.• Umeziţi buretele existent lângă suportul ciocanului de lipit.• Verificaţi dacă ciocanul de lipit este gata, încercând să topiţi puţinfludor cu vârful.• Cur ăţaţi vârful ciocanului, ştergându-l pe buretele umezit.• Topiţi puţin fludor pe vârful ciocanului, ca şi cum aţi dori să-lcositoriţi. Acesta ajută la lipire. Efectuarea lipiturii:• Atingeţi cu fludor locul unde vreţi sa faceţi lipitura (asiguraţi-vă ca

atingeţi atât circuitul cât si terminalul componentei).• Nu atingeţi cu vârful ciocanului, cordonul de alimentare alacestuia. Ciocanul de lipit va topi imediat tubul de plastic izolator şiexistă riscul producerii unui scurt circuit.• Întotdeauna puneţi ciocanul de lipit pe suportul lui când nu-l folosiţi.

Este foarte tentant să începeţi să lipiţi componentele direct dar e multmai bine întâi să le identificaţi. Lipiţi toate componentele pe o hârtie cuscotch.

1.Identificaţi fiecare componentă şi scrieţi sub ea numele si/sauvaloarea.2.Adăugaţi codul(R1, R2,C1, etc), dacă este necesar.(In multe scheme veţi găsi componentele astfel numerotate si va trebuisa folosiţi lista de piese a schemei pentru a găsi corespondenţa dintrecod şi valoarea piesei).3.Dacă rezistorul sau condensatorul este marcat in codul culorilor îi veţiciti valoarea folosind acest cod şi aplicând regulile cunoscute. Modul de

lipire si plantarea componentelor este dat în tabelul de mai jos. Dacă nuexistă o altă indicaţie, plantaţi componentele în ordinea dată în tabel.

LIPITUR Ă BUN Ă FORM Ă DE VULCAN LIPITUR Ă RECE

Lipitur ă mată

Lipitur ă str ălucitoare





Nr.Crt.

Denumire Imagine Observaţii

1Soclu pentrucircuiteintegrate

La conectare respectaţimarcajul (cheia depoziţionare) soclului. Nulipiţi soclul cu circuitul

integrat montat pe el.2 Rezistoare

Nu sunt necesare precauţiispeciale.

3

Condensatoar e de valoaremică (de obicei maimici de 1µF)

Aceste condensatoare potfii plantate oricum în găuriledestinate lor. Fiţi atenţi lacondensatoarele cupolistiren, deoarece pot fiuşor distruşi de căldur ă.

4

Condensatoar e electrolitice

(1µF si maimari)

Se verifică cum estepolarizat condensatorul(marcat cu – sau + la unuldin capete) şi seconectează corect.

5 Diode

Se conectează ţinând contde marcaj.Conectarea diodelor cugermaniu (ca de ex. OA91)se realizează cu atenţiedeoarece se distrug uşor lacăldur ă.

6 LEDuri

Se conectează ţinând contde semnificaţia terminalelor

lTerminalul scurt este catodul (k) iar cel lung este anodul (a). Dacă se priveşte încapsula in dreptul catoduluise vede o mică suprafaţă plată(flat).

7Tranzistoarebipolare

Se plantează in funcţie desemnificaţia terminalelor (baza, colector emitor).Sunt sensibile lasupraîncălzireaterminalelor.

8

Cablul monofilar se foloseş te între diferitepuncte aleaceluiaşicircuitimprimat

Cablul monofilar este izolatde aceea nu aparepericolul scurtcircuitelor.

10

Cablulmultifilar seconectează între circuitulimprimat şialte păr ţi dinafara acestuia(comuta

Este preferabil celui unifilar deoarece nu se rupe cândeste îndoit de mai multeori.





toare, relee,difuzoare etc.)

11Circuiteintegrate(IC)

Se conectează ţinând contde cheia de poziţionare.Când se introduce circuitul în soclu, fiecare terminal

trebuie să fie în orificiulcorespunzător din soclu.

6.5. Dezlipirea componentelor electronice:Uneori componentele trebuie dezlipite pentru a putea fi înlocuite. Suntdouă moduri de dezlipire a componentelor:

1.Cu o pompa de dezlipit (aspiratoare de cositor) se procedeaz ă astfel:Se împinge în jos pistonul pompei până se blochează. Se aduce îndreptul sudurii atât capătul pompei, cât si vârful ciocanului de lipit. Seaşteaptă câteva secunde până se topeşte cositorul. Se apasă butonulpompei astfel încât să se elibereze pistonul si să aspire cositorul topit.Dacă este necesar, se repetă operaţiunea. Din când in când se goleştepompa de dezlipit, prin deşurubarea vârfului acesteia.

2.Cu banda multifilar ă de cupru se procedeaza astfel :

- Se aduce capătul benzii şi vârful ciocanului de lipit, la locul lipiturii. Pemăsur ă ce cositorul se topeşte, cea mai mare parte trece din lipitura în

bandă.Se îndepărtează mai întâi banda multifilar ă şi apoi ciocanul delipit. Se taie bucata din banda incărcată cu cositor. Dupa ce se îndepărtează cea mai mare parte a cositorului, se scoate terminalulcomponentei.

Bandă multifilar ă de cupru





Scule şi dispozitive necesare realizării circuitelor imprimate

Letcon Trusa electronistului

Crocodil izolat Testere

Sursă de alimentare reglabilă Aparate de măsur ă

Multimetru digitalMultimetru analogic





6.6. Recomandări pentru plantarea componentelor electronice

Nr.Crt.

Plantarea rezistoarelor S.D.V.

1.

Preformaţi terminalele.Montaţi piesele pe parteaopusă a circuitului imprimatEle se montează paralel cuplaca de circuit imprimat şicât mai aproape de aceasta,f ăr ă să-l atingă pentru aevita solicitări termice.

2. Încălziţi punctul de sudur ă şialimentaţi-l cu fludor. Osudur ă bună str ăluceşte.

3.

Tăiaţi terminalele. Controlaţidacă există picături de fludor care ar putea face scurtcir-

cuite.

4.

Plantaţi rezistoarele conformlistei de piese. Montaţi-le peplaca de circuit imprimat aşa încât să poată fi citită valoa-

rea dacă sunt marcate înclar.

5. Axul potenţiometrului se

scurtează atât cât estenecesar.

6.

Direcţia de montare acondensatoarelor ceramice

sau cu polyester nu areimportanţă

7.

Condensatoarele electroliticesunt polarizate; ele au

terminalul mai scurt conectatla (-). Conectarea inversă

poate produce scurtcircuit.

Trusaelectronistului (Letcon

cleştepatent,

cleşte oblic)

APLICAŢII





6.7.Realizarea circuitelor cu componente pasive pe cablaje imprimate Lucrare practică: Proiectarea şi realizarea divizorului de tensiune

Schema electrică Schema cablajului imprimat

Baza tehnico - materială Nr crt

Operaţii (faze)tehnologice SDV-uri AMC-uri Materiale

Evalua-re

1. Citirea schemeielectronice,precizând tipurile decomponente utilizate.

2. Selectareacomponentelor electronice, conformspecificaţiilor schemei electronice.

Rezistoare

3. Realizarea desenuluicablajului imprimatpe foaia de calc înraport 1/1.

Calcmilimetric

4. Transpunereadesenului pe plăcuţaplacată cu cupru.

Plăcuţaplacată cucupru.

5. Trasarea desenuluipe placat

6. Corodarea plăcuţei Clorur ă ferică

7. Spălarea plăcuţei Apă curată 8. Îndepărtarea vopselei Dizolvant

9. Găurire10. Identificarea poziţiei

componentelor pecablajul imprimatconformdocumentaţieitehnice.

Trusaelectronistu-

lui

Creion moaleMarker perma

nentCuva

Maşina degăurit

Ohmme-

truSursade

tensiunede c.c.

Cablaj

imprimat;RezistoareConductoride legătur ă

R1

1kΩ

R2

1kΩ

U1

U2=?

+

--

++





Lucrare practică: Proiectarea şi realizarea divizorului de curent

Schema electrică Schema cablajului imprimat

Baza tehnico - materială Nr crt

Operaţii (faze) tehnologice SDV-uri AMC-uri MaterialeEvaluare

1. Citirea schemei electronice,precizând tipurile de componenteutilizate.

2. Selectarea componentelor elec

tronice, conform specificaţiilor schemei electronice.

Rezistoare

3. Realizarea desenului cablajuluiimprimat pe foaia de calc la scara1/1.

Calc milimetric

4. Transpunerea desenului peplăcuţa placată cu cupru.

Creionmoale

Plăcuţa placată cu cupru.

5. Trasarea desenului pe placat Marker permanent

6. Corodarea plăcuţei Cuva Clorur ă ferică

7. Spălarea plăcuţei Apă curată

8. Îndepărtarea vopselei Dizolvant

9. Găurire Maşinade găurit

10. Identificarea poziţieicomponentelor pe cablajulimprimat conform documentaţieitehnice.

Cablaj imprimat;RezistoareConductori delegătur ă

11. Executarea preformăriiterminalelor componentelor,conform cerinţelor tehnologice deplantare manuală.

Pensetă Cleşti

Cablaj imprimat;RezistoareConductori delegătur ă

12. Montarea componentelor în găuri Pensetă

cleşti

Cablaj imprimat;

RezistoareConductori delegătur ă

13. Efectuarea lipiturilor Pensetă cleştiDispozitivde lipit

Cablaj imprimatRezistoareConductori delegătur ă Fludor

14. Verificarea montajului prininspecţie vizuală

Montaj

15. Conectarea la sursa dealimentare

Montaj

16. Măsurarea intensităţii curenţilor I,

I1, I2

Multimetru

Sursa dealimenta

re Amper metru

Montaj

R 2=1k Ω

R 1=1k Ω

I

I1

I2

A A

A

-





Bibliografie1. I. Ristea, Gh. Constantinescu, A.Vasile, N.Tetcu, Manualul

muncitorului electronist, Editura tehnică Bucureşti, 1980, Pag.367 – 369.

2. Nicolae Dr ăgulănescu, Constantin Miroiu, Doina MoraruElectronica în imagini, Editura Tehnică, 1990. Pag. Pag. 106- 126,138 – 142.



Componente ale instalaţiei de transport şi distribuţie a energiei electrice


UNITATEA DE ÎNVĂŢARE NR. 7COMPONENTE ALE INSTALAŢIILOR DE TRANSPORT ŞI DISTRIBUŢIEA ENERGIEI ELECTRICE

Capitol Pagina


7.1. Noţiuni de bază: receptor, instalaţia electrică, aparat electric,efectul termic al curentului electric , scurtcircuit 164

7.2. Componente ale instalaţiei de transport a energiei electrice 165

7.3. Componente ale instalaţiei de distribuţie a energiei electrice 1697.4. Conectarea consumatorilor la reţeaua de distribuţie 172



Bibliografia 177

OBIECTIVE:

Stimate cititorule,Lucrezi la calculator, sau citeşti cursul lalumina unei veioze. Ş tii c ă în acest timp eşti conectat la sistemul energetic naţ ional? Studiul acestei unit ăţ ii de înv ăţ are î ţ i va permite înţ elegerea modului de transferare aenergiei electrice de la centralele electrice la

consumatori .

Curiozitatea, atenţ ia şi r ăbdarea î ţ i vor fi pedeplin r ăspl ătite:- vei fi capabil să explici particularit ăţ ilesistemului energetic - vei reu şi să identifici oricare dincomponentele instalaţ iei de transport şi distribu ţ ie după rolul său func ţ ional - în orice discu ţ ie, referitoare la contextul demai sus, î ţ i vei putea exprima ideile cu ajutorul unor termeni tehnici adecvaţ i .





7.1. Noţiuni de bază: receptor, instalaţia electrică, aparat electric,efectul termic al curentului electric , scurtcircuit

Încă din prima unitate de învăţare ai f ăcut cunoştinţă cu energiaelectrică, cu transformarea altor forme de energie în energie electrică.Te-ai întrebat, de ce avem nevoie de energie electrică?

Enumer ă toate ” minunile” a căror funcţionare au labază energia electrică, pe care le ai în locuinţă sau pecare ţi le-ai dori.

Eşti de acord că f ăr ă energie electrică, lumea care ne înconjoar ă ar ar ătamult mai diferit şi că am fi mai neajutoraţi ?Revenind la prima întrebare, producem energie electrică pentru a oretransforma în energie mecanică, termică, chimică sau în lumină.Dispozitivele care transformă energia electrică în altă formă de energie,

în scop util, se numesc receptoare electrice. Sunt cunoscute două categorii mari de receptore: Receptoare de iluminat – care transformă energia electrică înenergie luminoasă ( exemple: becul, tubul fluorescent). Receptoare de for ţă - care transformă energia electrică în alteformă de energie: mecanică (exemple: motoare electrice,electromagneţi), termică ( exemple: cuptoare electrice ,aparate desudur ă ) sau chimică ( exemplu băi de electroliză ).Totalitatea receptoarelor de energie electrică racordate la un punct dealimentare (staţie de distribuţie, post de transformare, tablou dedistribuţie) reprezintă un consumator.

Din punct de vedere al nivelului de tensiune instalaţiile electricepot fi de: joas

ătensiune (< 1kv )

medie tensiune (1kv- 35kv) înaltă tensiune ( > 1kv )

Prin Instalaţ ia electric ă se înţ elege totalitatea conductoarelor şi echipamentelor electrice care au o func ţ ie determinat ă în producerea,transportul, distribuţ ia sau utilizarea energiei electrice.

APLICAŢII





După tipul receptorului se identifică :- Instalaţii electrice de for ţă pentru alimentarea consumatorilor deputere: motoare ale maşinilor unelte, ascensoare, cuptoare electrice,aparate de sudat, etc.- Instalaţii de iluminat pentru alimentarea corpurilor de iluminatIn cazul iluminatului interior deosebim: -Instalaţiile pentru iluminat normal, care asigur ă desf ăşurareaactivităţilor normale în clădire-Instalaţii pentru iluminatul de siguranţă, care asigur ă lumina în cazuldefectării instalaţiei pentru iluminat normal. Iluminatul de siguranţă estespecific clădirilor administrative, sălilor de spectacol, de cinema,teatrelor, etc

Efectul termic al curentului electric ( efect Joule ): fenomen de încălzire a unui conductor parcurs de curent electric. La trecerea unui curent, I, printr-un conductor de rezistenţă, R, într-uninterval de timp, t, acesta degajă cantitatea de căldur ă Q, măsurată înJoule

Prin scurtcircuit se înţelege atingerea accidentală a două conductoareaflate sub tensiune. În acest caz se creează o nouă „cale” de trecere acurentului electric, mult mai scurtă. Prin cest circuit scurt va circula uncurent mult mai mare. Datorită efectului termic conductoarele se încălzesc atât de mult încât, nu numai că se deteriorează instalaţiaelectrică, dar pot provoca si incendii.

7.2. Componente ale instalaţiei de transport a energiei electrice

Fig.7.1 Exemplu unei reţele de transport şi distribuţie

Prin aparat electric se înţelege un dispozitiv sau ansamblu de dispozitiveelectrice şi mecanice, destinat comenzii, protecţiei, reglării şi controluluiautomat sau neautomat al funcţionării obiectelor şi instalaţiilor electrice

sau neelectrice.

Legea JouleQ= RI2t





În literatura de specialitate transportul energiei electrice este considerat: transfer al energiei electrice de la centrale electrice laconsumator. Energia electrică nu poate fi înmagazinată decât încantităţi infime. Aceasta implică transferul şi utilizarea ei simultan cuproducerea. Există astfel o reţea cu un circuit închis care conectează consumatorii energiei electrice la centrale electrice .

Sistemul energetic reprezintă ansamblul instalaţiilor şiechipamentelor mecanice, termotehnice, electrice sau de altă natur ă (exemplu- nucleare), care asigur ă alimentarea cu energieelectrică a unui anumit teritoriu.

Sistemul energetic prezintă următoarele particularităţi: instalaţiile sunt interconectate la scar ă naţională sau internaţională,deservind teritorii foarte întinse. energia produsă trebuie să fie egală cu cea consumată – stocareaei fiind posibilă în cantităţi infime.

asigurarea alimentării cu energie electrică f ăr ă întreruperi. aplicarea unei politici de perspectivă ( prognoză, planificare,proiectare, construcţie) extinsă pe o perioadă de studiu de 20-30 ani .Exploatarea sistemului energetic este coordonată de dispeceratulenergetic naţional.

ŞTIAŢI CĂ….

Sistemul energetic naţ ional unic s-a realizat în ţ ara noastr ă, între anii 1954-1958, prin interconectarea a 7 sisteme energetice regionale, carefunc ţ ionau independent? Sistemul Dobrogea este interconectat în 1960

printr-o linie energetic ă cu o parte subterană, pentru traversarea Dunării?






1. Ce avantaje, presupui că, are alimentarea cu energie electrică printr-un sistem energetic?

2. Motivează de ce energia electrică consumată trebuie să fie egală cucea produsă.

3. Explică de ce alimentarea cu energie electrică trebuie să fieneîntreruptă.


Verificarea corectitudinii rezolvării o poţi face consultând r ăspunsurile şicomentariile de la pagina 174.

Instalaţia de transport a energiei electriceEnergia electrică produsă în centrale electrice prin transformarea din alteforme de energie, are o tensiune de 6KV-24KV. În schimb utilizareaenergiei electrice ( transformarea ei în alte forme de energie ) se face latensiuni medii ( 36KV,6KV ) în cazul consumatorilor mari, cum ar fi

combinatele şi tensiuni joase ( 380V,220V) în cazul clădirilor admnistrative, locuinţe. Transferarea energiei electrice, spreconsumator, aflat de regulă la distanţă apreciabilă, în condiţiile unor pierderi energetice minime, trebuie să se facă la o tensiune cu atătmai ridicată, cu cât distanţa este mai mare.Transferarea energiei electrice se face prin reţele electrice de linii de înaltă şi medie tensiune. Pe acest “traseu” valoarea tensiunii reţelelor delinii electrice trebuie ridicată şi coborâtă. Rol preluat de staţiile detransformareStaţiile de transformare ( Fig.7.2 )au în componenţa lor: transformatoare ridicătoare sau coborâtoare de tensiune.

Transformatoarele sunt dispozitive care funcţionează pe bazafenomenelor electromagnetice şi pot modifica valorile tensiunilor electrice.





echipamente şi aparate electrice pentru asigurarea:- conectării- comutării- protecţiei la scurtcircuit şi supraîncărcarea liniilor electrice

Fig. 7.2. Staţie de transformare Valorile standardizate ale tensiunilor de transport ale energiei electrice

sunt :110KV,220 KV.400 KV,750 KV. În Figura 7.3 este exemplificată oreţea de linii electrice de transport sau linii de înaltă tensiune carepreia energia de la două centrale electrice pentru a o transporta. În staţiade transformare ridicătoare de tensiune S.R.1, valoarea tensiunii dată decentrală, 6,5 KV, este ridicată la 110 KV. Prin linia de transport,L1,energia electrică este transportată, pe o anumită distanţă, până la o altă staţia de transformare ridicătoare, S.R.2. În această staţie se realizează : Conexiunile liniilor de transport L1 ( care vin de la centrala 1 ) şiliniilor de transport L2 ( care vin de la centrala 2 ) Ridicarea tensiunii de transport a energiei electrice, la 220KV Conexiunea următoarei linii de transport, L3Schema se poate continua cu n linii de transport, pe traseul cărora există staţii ridicătoare de tensiune, unde se vor conecta şi alte centraleelectrice şi valoarea tensiunii se va ridica funcţie de distanţă. În final, liniile de transport sunt continuate de cele de distribuţie.Această reţea de linii electrice de transport de înaltă tensiune şistaţii ridicătoare de tensiune alcătuiesc la modul generic instalaţiade transport a energiei electrice .





SR1

6kV

liniede transport

L1

110Kvlinie

de transport

110Kv

110Kv

110Kv

SR2

220Kv

de transportlinie

L3

220Kv

220Kv

CentralaElectrica

Centralaelectrica 2

L2

Ln

distributie

Fig.7.3.Schema unei reţele de linii electrice de transport


4. Precizează ce condiţie este necesar ă pentru ca transportul energieielectrice să se facă cu pierderi minime de energie.

5. Indică componentele staţiilor de transformare precizând rolul

fiecăreia.

6. Enumer ă elementele componente ale instalaţiei de transport aenergie electrică.

Rezolvarea o vei realiza în spaţiul liber din casetă.Verificarea corectitudinii rezolvării o poţi face consultândr ăspunsurile şi comentariile de la pagina 174.

7.3. Componente ale instalaţiei de distribuţie a energiei electrice

Sistemul de distribuţie al energiei electrice se află în prelungirea reţelelor de linii energetice de transport şi are drept scop: transferul energiei până la consumator – pe linii de distribuţie demedie tensiune coborârea tensiunii cerute de consumator cu ajutorul staţiilor

electrice coborâtoare de tensiune-pentru tensiuni medii de 35 KV coborârea tensiunii cerute de consumator cu ajutorul posturilor detransformare coborâtoare de tensiune- pentru tensiuni joase < 1





În figura 7.4 este prezentată schema unei reţele de linii de distribuţie princare se asigur ă alimentarea cu energie electrică pentru:1. consumatorii de medie tensiune C1şi C2 prin staţia coborâtoare detensiune SC22. consumatorul C3, de joasă tensiune prin postul de transformare PT1(Fig. 7.7.)

SC1

linie35Kv

SC2

110Kv

de distributiede tensiune

medie

35Kv

6KvL2

L2C2

C1

PT1

C3

Linie transport

Joasa tensiune

Medie tensiune

Fig. 7.4. Schema unei reţele de linii electrice de distribuţie

Liniile electrice de transport şi distribuţie sunt parte a sistemuluienergetic. Liniile de transport sunt linii aeriene, L.E.A, formate din cablurisusţinute de stâlpi. Iar cele de distribuţie de medie şi joasă tensiune potsă fie şi îngropate în canale speciale, linii electrice subterane, L.E.S.Liniile de tipul celor îngropate se întâlnesc în localităţi mari.Liniile electrice aeriene, L.E.A., sunt constituite din cabluri neizolate,

suspendate pe stâlpi. Fixarea conductoarelor pe consolele de pe stâlpise face prin intermediul unor izolatoare ( Fig.7.5, Fig.7.6). Acestea suntpiese speciale construite din materiale izolatoare, în general ceramică.

Fig. 7.5. Izolatoare

Fig. 7.6. Fixare cablurilor pe stâlpi cu ajutorul izolatoarelor





Fig. 7.7. Post de transformare montat pe stâlp

Stâlpii sunt din oţel la înaltă tensiune şi din beton ( Fig.7.8.) la medie şi joasă tensiune.Cablurile sunt din oţel-aluminiu ( aproape în exclusivitate),oţel-cupru, aluminiu, cupru, bronz.Liniile electrice subterane, L.E.S, se folosesc în general la distribuţiaenergiei electrice în localităţile mari sau pe raza complexelor industrialemari. În cazul liniilor electrice subterane sunt folosite cabluri

confecţionate din cupru sau aluminiu cu izolaţie din P.V.C şi cu mantadin plumb.

Fig. 7.8. Stâlp din beton

Din punct de vedere al tensiunii sunt linii electrice de: joasă tensiune (< 1kv ) medie tensiune (1kv- 35kv) înaltă tensiune ( >1kv )





1. Faceţi o plimbare până la intrarea în localitate şi observaţi postul detransformare la care este conectată reţeaua de distribuţie .2. Cu ocazia primei călătorii vă rog să fiţi atent/ atentă şi să observaţiliniile electrice. Veţi constata că într-adevăr formează o adevărată reţea care împânzeşte teritoriul ţării. Identificaţi tipul lor .

7.4. Conectarea consumatorilor la reţeaua de distribuţie

Consumatorii electrici sunt conectaţi la reţeaua de distribuţie. Locul undese realizează legătura electrică dintre reţeaua publică de distribuţie şi

abonat (consumator) poartă denumirea de branşament electric(Fig.7.9. ). Pentru a fi protejate, legăturile electrice sunt introduse într-ocutie metalică numită cofret. Branşamentul poate fi aerian sau subteran.Locuinţa dumneavoastr ă ce fel de branşament are ?Legătura dintre branşament şi tabloul electric se realizează prin cabluTabloul electric de distribuţie distribuie energia pe circuite.

Fig. 7.9. Branşament electric aerian În concluzie:Energia electrică produsă în centralele electrice este preluată desistemul energetic naţional, transferată prin instalaţiile de transport, apoiprin cele de distribuţie, prin branşament la consumator şi în final,distribuită pe circuit de lumină sau de priză.Acesta este “traseul” energiei electrice de la centrala electrică lacalculatorul sau veioza dumneavoastr ă.

APLICAŢII






7. Identifică pe schema din figura 7.4 elementele componente alereţelei de linii de distribuţie

8. Indicaţi materialele din care sunt executate liniile electrice detransport de înaltă tensiune

9. Ce este branşamentul electric ?

Citeşte afirmaţiile de mai jos (10,11,12) şi notează în dreptul lor:litera A) dacă apreciezi că afirmaţia este corectă şi litera F, dacă apreciezi că afirmaţia este falsă:

10. Liniile electrice aeriene sunt constituite din conductoare izolatedin oţel şi aluminiu.

11. Conductoarele L.E.A sunt fixate pe stâlpi prin intermediulizolatoarelor.

12. L.E.S. sunt folosite în general la transportul energiei electrice.

Rezolvarea o vei realiza în spaţiul liber din casetă.Verificarea corectitudinii rezolvării o poţi face consultând r ăspunsurile

şi comentariile de la pagina 174.






Întrebarea 1.

Utilizarea raţională a resurselor energetice de pe teritoriul respectiv.Reducerea gradului de poluare a teritoriului.Decât o centrală mare pentru alimentarea cu energie electrică a întregului

teritoriu, mai bine mai multe centrale mici conectate între ele. Întrebarea 2. Înmagazinarea energiei electrice este posibilă doar în cantităţi foarte mici. Întrebarea 3. Întreruperea alimentării cu energie electrică a consumatorilor poate atragepierderi de vieţi omeneşti (spitale) sau pierderi materiale importante(combinate industriale).

Întrebarea 4.

Transportul energiei electrice se poate face cu pierderi minime de energiedoar la tensiuni înalte.

Întrebarea 5-transformatoare ridicătoare sau coborâtoare de tensiune cu rol înmodificarea valorii tensiunii electrice-echipamente şi aparate electrice pentru asigurarea:

- conectării- comutării- protecţiei la scurtcircuit şi supraîncărcarea linii electrice

Întrebarea 6

linii electrice de înaltă tensiune numite şi linii de transport; staţiile ridicătoarede tensiune.

Întrebarea 7-linii electrice de distribuţie-staţii coborâtoare de tensiune pentru alimentarea consumatorilor de medietensiune-posturi de transformare pentru consumatorii de joasă tensiune

Întrebarea 8 Cabluri din oţel şi aluminiu.

Întrebarea 9Branşamentul electric este locul unde se realizează legătura electrică dintrereţeaua publică de distribuţie şi abonat (consumator).

Întrebarea 10F Fals deoarece liniile aeriene sunt neizolate.

Întrebarea 11 A Întrebarea 12F Fals deoarece conductoarele liniilor de transport sunt liniiaeriene. Există excepţii doar pe por ţiuni mici, acolo unde traseul trebuie să treacă peste un râu mare sau un fluviu.





Această lucrare are o pondere de 6 % din nota finală de absolvire amodulului.

Tema : COMPONENTE ALE INSTALAŢIEI DE TRASPORT ŞIDISTRIBUŢIE A ENERGIEI ELECTRICE

INSTRUCŢIUNILucrarea de verificare, al cărei conţinut este prezentat mai jos, vă solicită unele activităţi care necesită cunoaşterea unităţii de

învăţare nr.7. Răspunsurile la întrebări vor fi transmise prin poştă

tutorelui pentru corectare şi eventuale comentarii. Pe prima pagină a lucr ării se vor înscrie următoarele informaţii: modulul Energie,Electrotehnică, Electronică, lucrarea de verificare numărul, numeleşi prenumele cursantului, adresa.Vă recomand să scrieţi clar r ăspunsurile la întrebări. Dacă esteposibil utilizaţi un procesor de texte. Pentru comentariile tutorelui,lăsaţi o margine de circa 5 cm şi aceeaşi distanţă între r ăspunsuri.Pentru securitatea lucr ării vă recomand să scrieţi numelecursantului pe fiecare pagină.

Alegeţi dintre enunţurile de mai jos varianta corectă şi încercuiţi-o:

1. Într-un sistem energetic energia produsă trebuie să fie, faţă deenergia consumată:a) mai mareb) mai mică c) într-un anumit raportd) egala 15 PUNCTE

2. Consumatorii de medie tensiune sunt alimentaţi de laa) liniile de înaltă tensiuneb) staţiile de transformare coborâtoare de tensiune

c) posturi de transformared) staţiile de transformare ridicătoare de tensiune

15 PUNCTE

3. Citeşte afirmaţiile de mai jos şinotează în dreptul lor litera A, dacă afirmaţia este corectă şi litera F,daca apreciezi că afirmaţia este falsă:a) Cu cât distanţa de la centrala electrică la consumator estemai mare, cu atât tensiunea liniei de transport este mai mică b) Sistemul energetic permite utilizarea raţională a resurselor energetice






c) Legătura electrică dintre reţeaua publică de distribuţie şiconsumator poartă denumirea de branşament electric

10 PUNCTE

4. Indicaţi tipul staţiilor de transformare dintr-o reţea de linii de înaltă tensiune. 15 PUNCTE

5. Precizaţi tipul de linii electrice folosite la distribuţia energieielectrice în localităţile mari. 15 PUNCTE

6. Concepe şi desenează o schemă din care să rezulte traseulenergiei electrice de la centrala electrică la locuinţa proprieurmărind etapele:- alege o formă de energie primar ă şi descrie modul detransformare în energie electrică.

- desenează schemă de transport şi distribuţie din care să rezulteelementele componente ale instalaţiilor de transport şi distribuţie.30 PUNCTE

Total: 100 PUNCTE





BIBLIOGRAFIE

1.Emil Micu,sa Electrotehnica de la A la Z,Editura ştiinţifică şienciclopedică ,Bucureşti, 1985. Pag. 234, 235, 375, 413, 419.

2.D. Comşa şa, Proiectarea instalaţiilor electrice industriale ,Edituradidactică şi pedagogică Bucureşti, 1983. Pag. 11, 12, 214, 217.

3. E Pietr ăreanu,Agenda electricianului, Editura tehnică, Bucureşti,1986.4.Niculae Mirea , Constantin Neguş Manual pentru instalaţii şiechipamante clasa a XI a Editura didactică şi pedagogică Bucureşti, 1982,Pag. 96 – 105.

5.Robe Mariana, Monica Meteescu, Angela Popescu, Popa Vasilica ş.a.Manual de pregătire pentru domeniul electric , anul I şcoala profesională,Editura Economică Preuniversitaria,2000, Pag. 159 – 168.

6.Traian Canescu, Manual de Tehnologia lucrarilor electrotehnice, EdituraDidactică şi pedagogică, 1984, Pag. 159 – 168.

7.P. Dinulescu, Instalaţii şi echipamente electrice Editura Didactică şipedagogică,1981.



Componenete ale instalaţiei de iluminat interior


UNITATEA DE ÎNVĂŢARE NR.8COMPONENTE ALE INSTALAŢIEI DE ILUMINAT INTERIOR

Capitol Pagina

Obiectivele unităţii de învăţare 1788.1. Surse electrice de iluminat 1808.2. Corpuri de iluminat 1848.3. Aparate electrice 187

8.4. Tablouri electrice 1958.5. Conductoare, tuburi de protecţie, accesorii 195



Bibliografia 202

OBIECTIVE:

Stimate cititorule,

Ş tiai c ă omul primeşte până la 90% din volumul total de informaţ ie,referitoare la lumea înconjur ătoare, pe cale vizual ă?

Pentru ca ochiul să poat ă transmite aceast ă cantitate enormă deinformaţ ie creierului, trebuie să se afle într-un microclimat luminosadecvat. Atunci când vorbim de lumina artificial ă, microclimatul luminos depinde de natura surselor de iluminat, de aşezarea lor încâmpul vizual, de existenţ a/ neexistenţ a unor suprafeţ e reflectanteşi bineînţ eles, de natura activit ăţ ii desf ăşurate.Intuieşti, acum, responsabilitatea ce revine celor ce proiecteaz ă,execut ă instalaţ iile de iluminat şi componentele aferente acesteia.Î ţ i propun să arunc ăm şi noi, o privire asupra lor.Studiul acestei unit ăţ i de înv ăţ are î ţ i va îmbog ăţ i cunoştinţ eledespre modul de convertire a energiei electrice în energie

luminoasă şi despre instalaţ iile de iluminat. Curiozitatea, atenţ ia şi r ăbdarea î ţ i vor fi pe deplin r ăspl ătite pentru c ă:- vei fi capabil să explici func ţ ionarea surselor de iluminat electrice- vei reu şi să identifici oricare din componentele electrice aleinstalaţ iei de iluminat după: rolul func ţ ional, aspectul fizic, simbol - în orice dicu ţ ie, referitoare la contextul de mai sus, î ţ i vei puteaexprima ideile folosind termeni tehnici adecvaţ i.





Componente ale instalaţiei de iluminat interior

Instalaţia de iluminat interior alimentează cu energie electrică atâtcorpurile de iluminat cât şi prizele la care se pot conecta receptoriicasnici: frigidere,maşini de spălat, fierul de călcat, etc.. În literatura despecialitate mai întâlnim şi denumirea de instalaţ ie de iluminat şi prize.

Aceasta este instalaţia electrică care “distribuie” energia electrică îninteriorul locuinţelor noastre.Pentru a î şi îndeplini rolul funcţional în componenţa instalaţiilor deiluminat şi prize trebuie să existe :- Corpuri de iluminat – care au rolul de a proteja sursele de iluminatelectric: lampa cu incandescenţă / bec, tuburi fluorescente.- Aparate electrice :-cu rol de conectare a receptoarelor la sursa de energie electrică : prizeşi fişe, întrerupătoare-cu rol de protecţie a instalaţiei electrice la scurtcircuit şi supraîncărcări:siguranţe fuzibile

-Tabloul electric de distribuţie, care are rolul de a distribui energiaelectrică primită de la reţeaua de alimentare, pe circuitele de alimentareale receptoarelor.-Conductoare, tuburi de protecţie si accesorii: doze şi elemente deprindere (dibluri , scoabe).

Ce este lumina ?

Radiaţiile care impresionează retina ochiului omenesc sunt radiaţiiluminoase numite şi radiaţii vizibile.

Poziţia acestuia este între domeniul radiaţiilor ultraviolete şi domeniulradiaţiilor infraroşii.

Aceste două domenii împreună cu domeniul vizibil formează domeniuloptic, întrucât ochiul uman poate „vedea” şi în domeniile ultraviolet sauinfraroşu cu ajutorul unor aparate optice speciale.Omul are senzaţia unei culori atunci când pe retină ajung radiaţii de osingur ă lungime de undă. Exemplu: pentru 0,38 micrometrii senzaţia estede culoarea violet, pentru 0,45 micrometrii- de albastru, pentru 0,76micrometii- de roşu.

In spectrul radiaţ iilor electromagnetice , radiaţ iile vizibile ocupă domeniul 0,38 micrometrii- 0,76micrometrii, numit şi domeniul vizibil






Î n frazele de mai jos completează spaţiile libere astfel încât ele să exprime un adevăr:

1. Lumina reprezintă radiaţiile care au proprietatea de aimpresiona retina ochiului .

2. Domeniul vizbil cuprinde radiaţii electromagnetice întremicrometrii şi micrometrii


Verificarea corectitudinii rezolvării o poţi face cosultândr ăspunsurile şi comentariile de la pagina 198.

Scurt istoric al iluminatului artificialDescoperirea unei surse de lumină artificială a fost pentru om onecesitate dar şi o provocare. Focul, opaiţul, lumânările, au fost primelesurse de lumină artificială.

În 1798, elveţianul Ami Argand f ăcea lumină cu lampa cu petrol. Câţiva

ani mai târziu, în 1798, scoţianul William Mudor foloseşte pentru iluminatarderea unui gaz iluminator. Prima lampă electrică – un arc electricprodus între două bastonaşe de carbon alimentate la polii unei baterii afost descoperită de Humptrey Davy, în 1862.

Inventatorul becului electric, omniprezent astăzi, a fost ThomasEdison

8.1. Surse electrice de iluminatConversia energiei electrice în lumină se poate realiza pe două căi : aducerea unui corp în stare de incandescenţă – stare în care emiteradiaţii electromagnetice vizibile prin obţinerea unui „fulger” controlat, în miniatur ă – o descărcareelectrică în gaze: ionizarea gazelor aflate într- un spaţiu dintre două piese cărora li se aplică o tensiune electrică de o anumită valoare





Lampa cu incadescenţă. Funcţionarea acestui tip de lampă are la bază efectul termic al curentului electric, dar şi faptul că, un corp adus lastarea de incandescenţă emite radiaţii luminoase . Î ţi propun să descoperim împreună din ce este alcătuită o lampă cuincandescenţă.Ce material poate fi adus la starea de incandescenţă, cu ajutorulcurentului electric ?Evident, un material bun conducător de curent electric şi cu otemperatur ă de topire ridicată.

Analizează materialele utilizate în electrotehnică

prezentate la unitatea de învăţare numărul 2 şi alegeun material conductor, greu fuzibil cu temperatura detopire peste 3000 o c.

Din acest material este construită “inima “ lămpii – filamentul( Fig.8.1)Pentru asigurarea funcţionării, filamentul din wolfram, trebuie să fie:a. Alimentat cu un curent electric - pentru aceasta în construcţia lămpiisunt electrozii la capătul cărora sunt contactele electrice. Pentruizolarea electrozilor soclu este umplut cu un material izolator. Prin înfiletarea soclului în dulia de pe corpul de iluminat se face legătura

electrică cu instalaţia de iluminat. Mai există un alt tip de soclu numitsoclu baionetă – vezi Fig. 8.2 becul din dreapta

Figura 8.1 Lampa cu incandescenţă / becb. Susţinut - acest rol este preluat de cârlige. c. Protejat de mediul înconjur ător- prin intermediul globului de sticlă.Sticla din care se confec

ţioneaza globul trebuie s

ăaib

ăun coeficient de

dilatare mare, să fie transparentă la radiaţiile ultraviolete şi să reziste latemperaturi înalte.

APLICAŢII





Astfel se construieşte lampa cu incandescenţă, care după cum observi,nu este altceva decât binecunoscutul bec.La trecerea curentului electric prin filament, acesta se încălzeşte prinefectul termic al curentului, ajunge la incandescenţă şi emite lumina.

Faptul că în timpul funcţionării, filamentul atinge o temperatur ă depână la 2700 oC, creează un mare neajuns: evaporarea wolframului şidepunerea lui pe globul de sticlă, înnegrindu-l. Pentru a creşte durata deviaţă a lămpii, soluţiile sunt: introducerea în glob ( după ce în prealabil a fost vidat) a unuiamestec de gaze inerte: argon şi azot. Evaporarea wolframului este încetinită, dar nu oprită complet.Durata de viaţă a crescut la 1000 de orede funcţionare. Lumina lămpii este uşor galbenă. Pentru obţinerea uneilumini mai albe, mai apropiată de lumina naturală, se va măritemperatura filamentului însă va creşte şi consumul de de energie, iar durata de viaţă scade.

Fig 8.2 – Lămpi cu incandescenţă / becuri introducerea în glob şi a unei cantităţi mici de halogen– iod sau brom. În acest caz globul este mai mic, din cuar ţ iar presiunea gazului inertcreşte. De cele mai multe ori producătorii au preferat construcţiatubular ă a lămpii cu cuar ţ. Avantajele lămpii cu halogen faţă de lampa clasică sunt semnificative: durata de viaţă se dubleaza. eficacitate luminoasă crescută -30 lm/w- şi constantă pe toată duratade viaţă ( balonul nu se mai înnegreşte). redare excelentă a culorii.

dimensiuni reduse cu aproximativ 40o

/o. Lămpile cu halogen sunt utilizate la: farurile de automobile, balize,aeroporturi, proiectoare, iluminatul local (al unui anumit loc de muncă),iluminatul public pe str ăzi, terenuri de sportIluminatul artificial a depăşit stadiul tehnic, de necesitate, devenind înultimii ani o adevărată artă. Ca să ţină pasul cu cerinţele arhitecţilor şi adecoratorilor, firmele producătoare se întrec în realizarea unei game câtmai variate de surse de iluminat (Fig. 8.2).La tensiunea de 220 V standardele prevăd pentru lămpile cuincandescenţă puteri nominale :25W, 40W, 60W, 75W, 100W, 150W,200W, 300W, 500W, 1000W.






3. Explică principiul de funcţionare al surselor de iluminat cuincandescenţă .

4. Ce soluţii sunt folosite pentru creşterea duratei de viaţă allămpilor cu incandescenţă?


Verificarea corectitudinii rezolvării o poţi face cosultândr ăspunsurile şi comentariile de la pagina 198.

Lampa fluorescentă de joasă presiune / tubul fluorescent - faceparte din grupa lămpilor cu descărcări în gaze sau vapori metalici. Celecu presiune ridicată cu vapori de sodiu sau mercur se folosesc lailuminatul exterior. Construită în 1935 lampa fluorescentă de joasă presiune esteconfecţionată din tuburi de sticlă prevăzute la capete cu electrozi –

Fig.8.3 După evacuarea aerului din interiorul tubului se introduc câtevamiligrame de mercur şi un gaz inert – argon sau neon. La un impuls detensiune în interiorul tubului, între cei doi electrozi se produce odescărcare electrică. Atomii de mercur loviţi de electroni, vor emiteradiaţii ultraviolete (invizibile). Substanţa luminofor ă de pe pereţii tubuluile converteşte în radiaţii luminoase.

Fig.8.3. Secţiune par ţială printr-un tub fluorescent ilustrând mecanismul descărcării





Pentru o funcţionare stabilă tubul fluorescent se conectează la reţea prinintermediul unui starter S, bobină (balast) L, şi condesatorul C. Vezi Fig.8.7 .

Bec economicProiectanţii din domeniul iluminării sunt preocupaţi pentru găsirea unor soluţii noi de surse de iluminat cu o calitate superioar ă a luminii dar şi cuavantajul consumului eficient de energie electrică însoţit de o durată mare de viaţă. Prin folosirea unor sisteme electronice ( redresor oscilator) compacte starterul, balastul şi condensatorul sunt înlocuiteobţinându-se ceea ce întâlnim deja în magazinele de specialitate sub denumirea de bec economic. Acesta este un tub fluorescent al cărui sistem electronic permite:-a. economii semnificative ale consumului de energie. Comparativ culămpile clasice cu incandescenţă sau cu halogen, becurile clasice de120w pot fi înlocuite cu succes de becurile economice de 15w în aceleaşi

condiţii de lumină -b. creştera duratei de viaţă. Becul economic de 11w are o durată deviaţă de 10.000 ore comparativ cu becul clasic de 60w, cu o durată deviaţă de 1000 ore.-c. înlocuirea comodă a becului clasic printr-un fasung care se

înşurubează.


5. Explică funcţionarea tubului fluorescent

6. Ce este becul economic ?


8.2. Corpuri de iluminatLămpile electrice ca surse de lumină emit un flux luminos practic uniform în toate direcţiile. În practică se impune dirijarea fluxului luminos cătrecorpurile care trebuie observate, sau în unele cazuri protejarea ochiuluide o lumină prea intensă, sau modificarea caracteristicii de culoare. Înplus, lămpile necesită o anumită fixare care să permită şi alimentarea cu





energie electrică. Pentru aceasta, lămpile electrice sunt montate încorpuri de iluminat Acestea sunt aparate cu rol în: dirijarea convenabilă a fluxului luminos susţinerea surselor şi protejarea lor de lovituri conectarea surselor la circuitul de alimentare şi izolarea electrică aacestora faţă de mediu protejarea sursei în medii cu condiţii grele de lucru ( umiditate, praf,temperaturi ridicate).În acest caz trebuie folosite corpuri de iluminat cu oconstrucţie specială, etanşe. Alegerea şi amplasarea corpurilor de iluminat într-un anumit spaţiu, maiales într-o locuinţă, este o problemă care trebuie privită şi sub aspectestetic . Aşa se face că varietatea corpurilor de iluminat este nelimitată şide cele mai multe ori privindu-le uităm de rolul lor .A. Corpurile de iluminat pentru lămpile cu incandescenţă / becuri sunt dotate cu dulii pentru asigurarea alimentării cu energie electrică.Legarea la sursa de alimentare se face prin circuite. Conectarea /

deconectarea se realizează prin intermediul întrerupătorului I ( simplu încazul unui singur circuit- Fig.8.4; dublu în cazul a două circuite-Fig8.5).

Fig. 8.4 Schema electrică de conectare a unui corp cu lampă cu

incandescenţă/ bec. U-tensiunea electrică de alimentare, I-întrerupător simplu Alimentare monofafazată: conductorul de fază – linie plină, conductorul de nul – linie punctată.

Variate ca formă şi loc de amplasare corpurile de iluminat pentru lampacu incandescenţă/bec sunt: Plafonierele - corpuri de iluminat fixatedirect pe tavan. Sistemul de fixare poate fi metalic ( cu becuri până la200 w), din por ţelan sau aminoplast ( cu becuri până la 60 w ). Sistemuloptic poate fi din sticlă opacă, striată, colorată cu glob, placă sau diverseforme. Sistemele cu spoturi permit fixarea atât pe plafon fals, cât şi pesuporturi verticale. Lustrele, candelabrele sunt corpuri suspendate de

tavan care în plus trebuie să asigure garanţia susţinerii greutăţii. Prin tijade susţinere se montează trei conductoare electrice care permitaprinderea fie a tuturor becurilor, fie a numai o parte din ele. Schemaelectrică de conectare a unei lustre cu 5 becuri este ilustrată în Fig.8.5 .Aplicele – sunt fixate pe perete şi în general susţin becuri de 25-60w.Veioza, lampadarul sunt corpuri de iluminat portabile prevăzute cu uncordon de alimentare.





Fig. 8.5. Schema electrică de conectare la reţea a unei lustre cu 5 becuriL-lustra, I-întrerupător dublu

B. Corpurile de iluminat pentru tuburile fluorescente trebuie să conţină starter S, bobină (balastului) L, şi condesator C. ( Fig. 8.6) . Potfi dotate cu: ecrane translucide sau cu reflectoare pentru a mascaprivirea directă a tubului Fig 8.7.

Identifică pentru fiecare încăpere din locuinţa proprie tipul surselor şi puterea şi completează coloanele 1,2,3 din tabelul de la sf ăr şitul

unităţii de învăţare 8.Acest tabel te va ajuta la elaborarea proiectului de la unitatea denvăţare numărul 9 (lucrarea de verificare numărul 9).

Fig. 8.6 - Schema electrică de conectare la reţea a unui corp deiluminat cu tub fluorescent : T- tub, S- starter, B- bobină /balast, I – întrerupător

APLICAŢII





Fig. 8.7 -Stânga şi dreapta- ecrane translucide, mijloc- reflectoare


7. Care sunt funcţiile unui corp de iluminat ?

8. Enumer ă corpurile de iluminat pentru lampa cu incandescenţă.

9. Pentru ce sunt montate reflectoarele şi ecranele la corpurile deiluminat pentru tuburile fluorescente?


8.3. Aparate electrice8.3.1. Prize şi fişePriza este parte componenta a unui aparat de conectare ( priza cu fişă)

prin care se realizează legarea, temporar ă, la reţea a unui receptor, deobicei, mobil ( televizor, fier de călcat, maşină de spălat, etc) Execuţiaprizelor şi a fişelor este standardizată ( pentru a se asiguraintreschimbabilitea). STAS 3184.Priza este partea fixă, iar fişa partea mobilă conectată la un receptor.Priza, constă dintr-un suport izolant cu borne pentru legareaconductoarelor instalaţiei fixe ( cea montată în perete sub tencuială) şi unnumăr de teci (bucşe ) în care intr ă ştifturile fişei. Capacul prizei, dinmaterial izolant, nu lasă libere decât găurile pentru introducerea ştifturilor fişei.Fişa este partea mobilă a aparatului de conectare “priză cu fişă”.

Constructiv fişa este formată dintr-un corp izolant care conţine una saumai multa tije conductoare ( ştifturi). Forma şi dimensiunele ştifturilor





corespund formei şi dimensiunilor bucşelor din priză, în care se introducpentru realizarea contactului electric.

În figura 8.9 este prezentată o priza bipolar ă tip ST -250Vca.-16A. Această priză este destinată instalaţiilor electrice din locuinţe şi clădiriadministrative. Tip ST – simbolizează montajul prizei sub tencuială, 250V –este tensiunea nominală, 16 A – reprezintă curentul pe care îl poatesuporta priza la tensiunea de utilizare de 220 V c.a.Elementele constructive ale prizei sunt :soclu (poziţia 1) din material izolant (masă plastică sau ceramică)

susţine si izoleaza intre ele căile de curent ( par ţile din aparat prin carecirculă curentul electric). Acestea sunt bornele de conectare (poziţia 3)la instalaţia fixă şi tecile de contact (poziţia 2) în care vor intra ştifturilefişei. Conductoarele instalaţiei fixe (poziţia 6) sunt legate la bornele deconectare. Capacul prizei (poziţia 4) are rolul de a izola şi a proteja împotiva atigerilor zona cu contacte electrice. Acesta este prevăzut cuorificii pentru introducera fişei. Ghearele (poziţia 5)servesc la fixarea

prizei în doză.Construcţia prizei şi fişei nu permite introducerea până la atingereatecii,a unui singur ştift, iar adâcimea tecii este suficientă pentru a nuatinge ştiftul aflat sub tensiune.Atenţie ! Montarea / demontarea prizelor se face numai în lipsatensiunii!

Fig.8.9 . Secţiune par ţială printr-o priză bipolar ă tip ST -250Vca.-16A

Carecteristicele tehnice ale prizelor şi fişelor sunt tensiunea şi curentulnominal. Pentru instalaţiile de iluminat şi prize din locuinţe se folosesccele de 250V şi 10 Asau 16A.






10. Soluţionaţi itemul de mai jos prin încercuirea variantei corectePriza este un aparat care asigur ă:a) protecţia instalaţiei de iluminat şi prizeb) conectarea receptorilor la sursa de energie electrică c) comutarea circuitelor electrice

11. Explică cu ajutorul figurii 8.9 cum se realizează contactulelectric dintre receptorul conectat la fişă şi reţeaua dealimentare cu energie electrică

12. Precizează care sunt materiale pe care un proiectant le poatealege pentru soclul prizei.

13. Explică simbolurile ST; 250 vc.a; 16 A care definesc priza dinfigura 8.9.

14. Explicaţi ce se poate întâmplă dacă se demontează priza, dinlocaşul ei din perete , f ăr ă a întrerupe tensiunea .


Variante constructive ale prizelor. După domeniul de utilizare prizelese pot grupa în două categorii mari :- prize pentru uz casnic - destinate instalaţiilor electrice din locuinţe sauclădiri administrative- prize industriale - destinate instalaţiilor electrice din halele industriale





Doar primele fac obiectul acestui curs.La rândul lor prizele de uz casnic sunt :a- prize cu contact sau f ăr ă contact de protecţie. Ele pot fi montatesub tencuială sau aparent pe perete.

Exemple - f ăr ă contact de protecţie sunt cele montate de obicei încamrele de locuit (dormitoare, sufragerii).

- cu contact de protecţie sunt cele montate în bucătării sau pe holurile delângă baie. Caracteristic pentru acestea sunt contactele de protecţiesuplimentare, care asigur ă legarea la pământ în caz de scurtcircuit lacarcasă a unor receptori ca frigiderul sau maşina de spălat . Aceste prize pot fi simple sau duble.

Fig.8.10 Priză simplă cu contacte de protecţie

Fig.8.11 .Priză dublă cu contacte Fig.8.12 .Priză cu întrerupător de protecţie

Priza cu întrerupător din figura8.12 este o ultimă noutate ca formă, şica funcţionalitate. O astfel de priză este indicată pentru conectareaaceluiaşi receptor de repetate ori pe parcursul unei zile astfel evitându-sesmulgerea prizei din perete.Pentru protecţia copiilor există o gamă nouă de prize dotate cu unsistem de protecţie. Contactele prizei sunt accesibile doar dacă fişa esteintrodusă în ambele orificii simultan, cu o for ţă de apăsare mai mare şiidentică pe ambele ştifturi .





Cu ajutorul prelungitoarelor se pot conecta receptori care se află ladistanţă faţă de priza fixă din perete, sau se pot conecta doi sau maimulţi receptori la aceeaşi priză fixă din perete.

În concluzie: în construcţia instalaţiei de iluminat şi prize întâlnim prizesimple sau duble cu sau f ăr ă contact de protecţie montate ingropat subtencuială sau aparent pe perete .

Identifică pentru fiecare încăpere din locuinţaproprie tipul prizelor şi completează coloana 4 dintabelul de la sfâr şitul unităţii de învăţare 8.Acest tabel te va ajuta la elaborarea proiectului de la

unitatea de învăţare numărul 9 (lucrarea deverificare numărul 9).

8.3.2. ÎntrerupătoareRolul funcţional al acestor aparate electrice este acela de a asigura închiderea ( conectarea ) şi deschiderea ( deconectarea ) circuitelor electrice, pentru stabilirea sau întreruperea curentului electric dincircuitul considerat. Execuţia întrerupătoarelor este standardizată. Pentrurealizarea rolului funcţional, întrerupătorul este prevăzut cu contact fix (la care se vor lega conductoarele de alimentare ale circuitului,conductoarele care sunt montate în perete ) şi un contact mobil acţionat

prin apăsarea tastei. Pentru conectarea/ deconectarea unui singur circuit(vezi figura 8.4 de conectare a unui singur circuit, cel de alimentare aunui bec) se foloseşte întrerupătorul simplu (Fig.8.11). În cazulconectării/ deconectării a două circuite se foloseşte întrerupătoruldublu (Fig.8.11). Există variante mai noi care au montate un led pentru aputea fi localizate în îintuneric. Pentru conectarea la reţea a lustrei cu 5becuri se realizează o schemă cu două circuite( Fig.8.5 ). Pe un circut sevor conecta în pararel 3 becuri, iar pe celălat 2 becuri, astfel se potconecta/ deconecta în ordine aleatoare fie 3 becuri, fie 2 becuri, fie toate5. Întrerupătoarele se montează obligatoriu pe conductorul de fază, întresursa de alimentare şi corpul de iluminat.

APLICAŢII





Fig. 8.11. Întrerupătoare de la stânga la dreapta:simplu cu led, dublu cu led, dublu cu taste mici

Pentru instalaţiile de iluminat interiorul clădirilor administrative sau alclădirilor cu mai multe etaje, se utilizează:comutator de scar ă - pentru conectarea/ deconectarea, separată, adouă circuite diferite, dintr-un singur loc

comutator serie - pentru conectarea/ deconectarea, concomitentă sauseparată, a două circuite diferite, dintr-un singur loccomutator cruce - pentru conectarea/ deconectarea unui circuit dintr-un număr oarecare de locuri

Fig.8.12. Variator Fig.8.13. Întrerupător cu ceas , programabil






15. Precizează rolul întrerupătoarelor în înstalaţiade iluminat .

16. Care sunt variantele constructive ale întrerupătoarelor ?

17. De ce s-au montat leduri pe întrerupătoare?

Rezolvarea o vei realiza în spaţiul liber din casetă.Verificarea corectitudinii rezolvării o poţi facecosultând r ăspunsurile şi comentariile de la pagina198.

Ca parte vizibilă a instalaţiei electrice ramele, tastele întrerupătoarelor şicomutatoarelor nu trebuie să r ămână la un design tehnic, ci trebuie să poată fi integrate din punct de vedere estetic într-o schemă a decoruluiales pentru locuinţă. Pentru aceasta proiectanţii au creeat o gamă variată

de forme, culori şi textur ă a suprafeţelor ( lucioasă/ mată ).

Variante noi de întrerupătoare: variatoare de tensiune( Fig. 8.12), întrerupătoare cu ceas, programabile( Fig. 8.13). Concepute iniţial pentrureglajul luminilor în televiziune sau la spectacolele de teatru, variatoarelesunt astăzi tot mai mult utilizate în locuinţe. Prin modificarea tensiunii saucurentului de alimentare a sursei de iluminat electrice se realizează creşterea/ descreşterea progresivă a nivelului de iluminare .





Identifică pentru fiecare încăpere din locuinţaproprie tipul întrerupatoarelor şi completează coloana 5 din tabelul de la sfâr şitul unităţii de

învăţare 8.Acest tabel te va ajuta la elaborarea proiectului de launitatea de învăţare numărul 9 (lucrarea deverificare numărul 9).

8.3.3. Siguranţe fuzibile Atunci când într-o instalaţie electrică se produce un scurtcircuit ,

valoarea curentului poate creşte foarte mult. Datorită efectului termic alcurentului electric, conductoarele se încălzesc, se pot topi, pot provocaincendii. Aparatele de protecţie asigur ă întreruperea automată ainstalaţiei electrice atunci când valoarea curentului depăşeşte limitaadmisă. Siguranţa fuzibilă este un aparat de protecţie prevăzut cu un “ fir fuzibil”. Acesta este dimensionat în aşa fel încât la o anumită valoare acurentului să se topească şi să întrerupă instantaneu alimentarea cuenergie electrică a circuitului pe care este montată ( “siguranţa s-a ars”). În astfel de cazuri este necesar ă verificarea instalaţiei, localizarea şiremedierea defectului iar pentru realimentarea instalaţiei se schimbă patronul fuzibil (Fig.8.14). Acesta este tubul din material ceramic

umplut cu nisip care, susţine, protejeză şi permite alimentarea fuzibilului.La rândul său patronul este montat pe un soclu de material ceramic prinintermediul unui capac filetat.Materialale pentru confecţionarea fuzibilelor trebuie să aibă următoarele

calităţi: temperatur ă de topire joasă, rezistivitate electrică mică, iner ţietermică mică, să fie inoxidabile, să fie la un preţ de cost redus. Înpractică nu există un material care să îndeplinească, simultan toatecalităţile. Cele mai folosite materiale sunt: argintul, cuprul, cuprul argintat,zincul.Din punct de vedere constructiv sigranţele pentru instalaţii interiore suntde tip mignion, cu posibilitea legării coductoarelor la bornele de pe

soclu: în faţă, tipL.F; sau în spate ,tip LS.

Fig.8.14. Patron fuzibil

APLICAŢII





Caracteristicile tehnice ale siguranţelor fuzibile pentru instalaţiileinterioare: tensiunea nominală 250V, intensităţile nominale 6A, 10A,16A,20A, 25A.Siguranţa automată, prevăzută cu un dispozitiv electromagnetic, întrerupe alimentarea circuitului pe care este montată prin deschidereaunui contact. Reconectarea circuitului, după remedierea defectului, serealizează prin simpla apăsare a unui buton.

8.4. Tablouri electrice

Tablourile electrice sunt păr ţi componente ale instalaţiilor electrice, aurol în distribuirea energiei electrice pe circuitele de alimentare alereceptoarelor. În cazul instalaţiilor de iluminat au în componenţă: Contorul electric – aparat care înregistrează energia consumată Siguranţe – aparate de protecţie a circuitelor Elemente de conectare

Variantele mai vechi, existente încă în unele locuinţe, sunt tablouri pe suport de marmur ă cu mască din material plastic – P.V.C. Variantelenoi sunt echipate cu siguranţe automate montate în carcasă din P.V.C.Reţeaua electrică, până la cotor, şi contorul sunt proprietatea Companieide electricitate teritorială, instalaţia de după contor (circuitele) apar ţineproprietarului locuinţei .

Instalaţiile din clădirile admnistrative, industriale sunt alimentate printablouri pe stelaj metalic, închise în cutii de tablă, montate în nişe practicate în pereţi

8.5. Conductoare, tuburi de protecţie şi accesorii

Conductoare În instalaţiile de iluminat interioare sunt folosite conductoare dinaluminiu sau din cupru izolate cu material plastic – P.V.C. Pot ficonductoare monofilare ( un singur fir ) sau multifilare ( cu mai multefire) - Fig.8.15 .Dimensunile conductoarelor sunt standardizate. Pentru fiecare secţiunesunt indicate valorile maxime ale intensităţii curentului, Ima , pe care îlpoate suporta conductorul f ăr ă ca încălzirea să depăşească limitaadmisibilă.

Fig.8.15.Cablu cu trei conductoare multifilare în izolaţiie de P.V.C.

Tuburile de protecţie se utilizează pentru a proteja conductoarele faţă de condi

ţiile rele de mediu ( praf, umezeal

ă) sau fa

ţăde deterior

ările

produse de lovituri. Pentru instalaţiile electrice interioare până la 50 V se





folosesc tuburile cu izolaţie din policlorur ă de vinil -P.V.C.Dimensunile tuburilor de protecţie sunt standardizate.Accesoriile pentru instalaţiile electrice folosite în execuţie au rol în: fixarea tuburilor de protecţie pe elementele de construcţie: dibluri,scoabe realizarea legăturilor între tuburile de protecţie: manşoane delegătur ă, coturi fixarea aparatelor ( întrerupătoare, prize) pe elementele deconstrucţie: doze. Acestea sunt construite din tablă, material plastic . realizarea legăturilor electrice: conectori, papuci de cablu, clemede legătur ă

În figura 8.16 sunt prezentate semnele convenţionale folosite pentruprize şi întrerupătoare.

Denumireaparat Semn conventional

2

2

fara contact de protectie

Priza simpla

Priza dublafara contact de protectie

Priza simplacu contact de protectie

Priza dublacu contact de protectie

Intrerupator simplu

Intrerupator dublu Fig.8.16. Semne convenţionale pentru prize şi întrerupătoare





Acest tabel te va ajuta la elaborarea proiectului de la unitatea de învăţare

numărul 9 (lucrarea de verificare numărul 9).

Nr.Crt.

Denumire încăpere

Tipulsurselor de iluminat

Numărul/Putereasurselor

Numărulprizelor /tip

Numărul întrerupă toarelor/tip

0 1 2 3 4 5exemplu Sufragerie Incandescent 5/ 60w 2/duble f ăr ă

contactprotecţie

1/ dublu






Întrebarea 1 Electromagnetice

Întrebarea 2 0,38 micrometrii şi 0,78 micrometrii Întrebarea 3 Filamentul din wolfram se încălzeşte, prin efect Joule, pănă lastarea de incandescenţă şi emite radiaţii electromagnetice, lumină.

Întrebarea 4 Creşterea duratei de viaţă, a lămpilor cu incandescenţă, sepoate realiza prin încetinirea evapor ării wolframului ( prin introducerea înglobul de sticlă fie a gazelor inerte –argon,azot- fie a unui halogen-iod,brom).

Întrebarea 5 Se aplică un impuls de tensiune electrică electrozilor din tub. Seproduce o descărcare electrică – un fulger – şi electrozii emit electroni, careciocnesc atomii de mercur. Radiaţiile produse de mercur sunt transformate înradiaţii vizibile de substanţă luminofor ă de pe tub.

Întrebarea 6 Becul economic este un tub fluorescent. Economia de energie se

obţine datorită faptului că, accesoriile care asigurau funcţionarea stabilă (starter condesator, bobină), cu un consum mare, au fost înlocuite cucomponente electronice ( redresor oscilator ),care au un consum mic.

Întrebarea 7 Corpurile de iluminat au următoarele funcţii: dirijarea fluxuluiluminos, susţinerea sursei electrice de iluminat, alimentarea cu energieelectrică a sursei, etanşarea sursei –când este cazul.

Întrebarea 8 Plafoniere, spoturi, lustre, candelabre, aplice, veioză, lampadar. Întrebarea 9Pentru a nu privi direct a tubul şi dirijarea fluxului luminos. Întrebarea 10 Răspunsul corect este varianta b. Întrebarea 11 Receptorul este legat la fişă. Priza este conectată la instalaţiaelectrică prin bornele de racord2 şi astfel, tecile 1 sunt sub tensiune electrică.

Prin introducerea ştifturilor de la fişă în tecile 2 se realizează contactul electricdintre ele şi prin aceasta conectarea la reţea a receptorului.

Întrebarea 12 Soclul prizei este din material izolant- fie masă plastică, fie ceramică.

Întrebarea 13 S.T –motaj sub tencuială, tensiune nominală 250V, curentnominal 16A.

Întrebarea 14 Este posibilă electrocutarea operatorului, prin atingerea păr ţilor conductoare aflate sub tensiune.

Întrebarea 15 Întrerupătoarele au rolul de a conecta/ deconecta circuiteleelectrice.

Întrebarea 16 Simple pentru întreruperea unui circuit, duble pentru întreruperea a două circuite. Întrebarea 17 Pentru a fi depistate în întuneric. Întrebarea 18 Siguranţele fuzibile sunt aparate de protecţie, care asigur ă protecţia la scurtcircuit şi supraîncărcare a circuitului pe care se montează.

Întrebarea 19 Producerea unui scurtcircuit atrage după sine, creşterea marea curentului electric. Firul fuzibil al siguranţei se încălzeşte (efectul Joule) şi setopeşte.

Întrebarea 20 Tabloul electric asigur ă distribuirea energiei electrice primitede la reţeaua de alimentare şi transmisă prin circuite la receptori. Tot aici suntmontate siguranţele şi contorul care înregistrează consumul de energie.





Această lucrare are o pondere de 6% din nota finală de absolvire amodulului.

Tema : COMPONENTE ALE INSTALAŢIEI DE ILUMINAT INTERIOR

INSTRUCŢIUNILucrarea de verificare, al cărei conţinut este prezentat mai jos, vă solicită unele activităţi care necesită cunoaşterea unităţii de

învăţare nr.8. Răspunsurile la întrebări vor fi transmise prin poştă tutorelui pentru corectare şi eventuale comentarii. Pe prima pagină

a lucr ării se vor înscrie următoarele informaţii: modulul Energie,Electrotehnică, Electronică, lucrarea de verificare numărul, numeleşi prenumele cursantului, adresa.Vă recomand să scrieţi clar r ăspunsurile la întrebări. Dacă esteposibil utilizaţi un procesor de texte. Pentru comentariile tutorelui,lăsaţi o margine de circa 5 cm şi aceeaşi distanţă între r ăspunsuri.Pentru securitatea lucr ării vă recomand să scrieţi numelecursantului pe fiecare pagină.

1. Defineşte în două cuvinte lumina.5 PUNCTE

2. Motivează construirea filamentului din wolfram la lampa cuincandescenţă. 5 PUNCTE

3. Explică de ce este necesar ă introducerea halogenilor sau agazelor inerte în bec. 5 PUNCTE

4. Precizează ce rol are substanţa luminofor ă de pe tubulfluorescent. 5 PUNCTE

5. Completează spaţiile libere, astfel încât frazele să exprime un

adevăr.

Becul economic este un --------------------------------------- a căruiaprindere este asigurată de un ------------------------------- realizându-seastfel un consum ------------ 5 PUNCTE

6. Corpul de iluminat asigur ă: ------------------------------fluxului luminosal sursei; ------------------------------- pe pereţi ( sau supor ţi); alimentareacu--------------------------------------- 5 PUNCTE






7. Completează coloana cu denumirea aparatului în tabelul cusemne convenţionale de mai jos 5 PUNCTE

Denumireaparat

2

2

Semn conventional

8. Enumer ă variantele constructive ale prizelor pentru uz casnic.5 PUNCTE

9. Explică rolul contactului de protecţie al fişelor şi prizelor 6 PUNCTE

10. Stabileşte corespondenţa între coloana A şi B

A. Denumire aparat B. Rolul aparatului în instalaţie1. priză şi fişă a. aparat care înregistrează consumul de

energie electrică 2. întrerupător b. aparat de protecţie3. siguranţă c. aparat de conectare

d. aparat de comutare6 PUNCTE

11. Variatorul asigur ă:a. conectarea fişei la priză

b. reglarea nivelului de iluminarec. protecţia circuitului la scurtcircuitd. comutarea curentului între circuite 6 PUNCTE

12. Explică cum se realizează protecţia la scurtcircuit a unuicircuit electric. 6 PUNCTE

13. Prin ce se deosebeşte siguranţa automată de siguranţafuzibilă ?

6 PUNCTE

14. Precizaţi rolul tabloului electric. 6 PUNCTE





15. Explicaţi de ce este obligatorie conectarea maşinii despălat la o priză cu contact de protecţie.

6 PUNCTE

16. Indicaţi tipurile de conductoare utilizate în instalaţiile deiluminat interioare. 6 PUNCTE

17. Specificaţi rolul tuburilor de protecţie.6 PUNCTE

18. Enumeraţi accesoriile pentru instalaţiile electrice deiluminat interior. 6 PUNCTE

Total 100 puncte





BIBLIOGRAFIE

1. Emil Micu,sa Electrotehnica de la A la Z,Edituraştiinţifică şi enciclopedică, Bucureşti, 1985. pagina:222-226,301,302,369

2. D. Comşa şa, Proiectarea instalaţiilor electriceindustriale ,Editura didactică şi pedagogică Bucureşti, 1983. pagina:331-361

3. E Pietr ăreanu,Agenda electricianului, Editura tehnică,Bucureşti,1986. pagina: pagina:123,127186

4. Niculae Mirea , Constantin Neguş Manual pentruinstalaţii şi echipamante clasa a XI a Editura didactică şipedagogică Bucureşti, 1982. pagina:22-28, 43-67

5. Robe Mariana, Monica Meteescu, Angela Popescu, PopaVasilica ş.a. Manual de pregătire pentru domeniul electric,anul I şcoala profesională, Editura Economică Preuniversitaria,2000. pagina:188-210,136-153

6. Traian Canescu, Manual de Tehnologia lucrarilor electrotehnice, Editura Didactică şi pedagogică, 1984.pagina:9-51, 79,80

7. M. Popescu, Sabina Hilohi, Manual de Instalaţii şi

echipamente electrice pentru clasa IX- X, Editura Didactică şi pedagogică. Pagina 190-214



Schema de alimentare cu energie electrică a locuinţei


UNITATEA DE ÎNVĂŢARE 9SCHEMA DE ALIMENTARE CU ENERGIE ELECTRICĂ A LOCUINŢEI

Capitol Pagina


9.1. Elemente de proiectare a instalaţiilor electrice interioare 204


Bibliografia 214

OBIECTIVE:

Stimate cititorule,C ăl ătoria pe „drumul” parcurs de noi şi energiaelectric ă de la centrale, prin instalaţ iile de transport şi distribu ţ ie, s-a încheiat la intrarea în locuinţ adumneavoastr ă. Cum „împăr ţ im” energia electric ă astfel încât fiecare „minune „ = receptor să func ţ ioneze? După studiul acestei unit ăţ i de înv ăţ are:- vei fi capabil să argumentezi solu ţ iile tehniceadoptate pentru fiecare etapă din proiectareainstalaţ iei de iluminat şi prize.- vei şti să selectezi, din cataloagele şi standardelede produse elementele de circuit necesare îninstalaţ ii.- vei putea dimensiona, în conformitate cu condi ţ iile

impuse de normative, circuitele de prize şi iluminat.- vei şti să elaborezi schema de alimentare cu energie electric ă a locuinţ ei proprii.- în orice discu ţ ie, referitoare la contextul de mai sus, i ţ i vei putea exprima ideile clar cu ajutorul unor termeni tehnici de specialitate adecvaţ i.





9.1. Elemente de proiectare a instalaţiilor electrice interioareInstalaţia care asigur ă alimentarea cu energie electrică a tuturor receptoarelor din locuinţă este instalaţia de iluminat şi prize

Proiectarea şi execuţia instalaţiilor de iluminat trebuie să rezolve treiprobleme importante:1.Asigurarea calităţii şi cantităţii luminii artificiale.2.Asigurarea alimentării cu energie electrică a surselor de iluminat, îndeplină siguranţă, pe tot timpul exploatării.3.Asigurarea alimentării cu energie electrică a prizelor şi prin aceasta atuturor receptorilor casnici, în deplină siguranţă, pe tot timpul exploatării.

Consideraţiunile prezentate conduc la soluţia de proiectare uneisingure instalaţii, instalaţia de iluminat şi prize cu un demers deproiectare în două etape principale: calculul fotometric al instalaţiei deiluminat şi prize şi calculul electric al instalaţiei.A. Calculul fotometric al instalaţiei de iluminat şi prize

În cadrul acestei etape proiectanţii trebuie să asigure confortul vizual înfiecare încăpere plecând de la datele iniţiale de proiectare : Destinaţia încăperii – ce activităţi se desf ăşoar ă în încăpere. Dimensiunile încăperii. Suprafaţa geamurilor şi a uşilor. Caracteristicile de mediu ( umiditate, praf), pericol de explozie încazul clădirilor industriale. Înălţimea “ planului util”- exemplu în sala de clasă se consider ă “plan util” planul pupitrelor, băncilor cu înălţimea 80 cm , pe hol înălţime 0cm.Standardele precizează nivelurile de iluminare ( flux luminos pe unitatea

de suprafaţă) în funcţie de destinaţia clădirilor şi încăperilor (de exemplusunt valori diferite pentru:- hoteluri: camer ă de dormit, holuri, bucătărie;- locuinţe: camer ă de zi dormitor, bucătărie , hol-şcoli: Săli de clasă, bibliotecă ,sala de sport, etc ).

În finalul acestei etape de proiectare sunt precizate, pentru fiecare încăpere: tipul surselor – cu incandescenţă sau cu fluorescenţă. puterea şi numărul surselor de iluminat. modul de amplasare a surselor .

B. Calculul electric al instalaţiei de iluminat şi prize

Alimentarea corpurilor de iluminat şi a prizelor se face, în locuinţe, princircuite monofazate legate la tabloul de distribuţie.Calculul de dimensionare pentru circuite şi alegerea aparatelor de

conectare şi de protecţie se face respectând prevederile Normativului I-7 privind proiectarea şi executarea instalaţiilor electrice laconsumatori, cu tensiuni până la 1000V. Dimensionarea are în vedererealizarea protecţiei la scurtcircuit şi supraîncărcare(cu condiţia păstr ării încălzirii conductoarelor în limitele admise).Dintre prevederile Normativului I-7 menţionăm:





1. Condiţii de dimensionare a circuitelor - aplicate în cazul locuinţelor : corpurile de iluminat şi prizele se alimentează pe circuiteseparate. încărcarea maximă pe un circuit de lumină este de 12 corpuri deiluminat însumând o putere maximă de 1kw. încărcarea maximă pe un circuit de priză este de 12 prize însumând o putere maximă de 2 KW ( pentru tensiunea de 220V);prizele pentru frigider, maşina de spălat, fierul de călcat vor fi obligatoriucu contact de protecţie.2. Condiţii de montare a circuitelor - aplicate în cazul locuinţe lor : întrerupătoarele se montează la o înălţime de 1,5m şi la o distanţă minimă de 0,8m faţă de ţevile de apă sau gaze. prizele f ăr ă contact de protecţie se montează la 0,1m faţă de opardoseală izolantă, şi de 1,5m faţă de o pardoseală bună conducătoarede electricitate ( ciment).

nu

se montează prize în băi – cu excepţia prizelor, pentru maşinade bărbierit, de 24v, cu transformator îngropat în perete. într-un tub de protecţie se introduc numai conductoare care apar ţinunui singur circuit.

Calculul electric al instalaţiei de iluminat comportă următoarele etape :

B1. Întocmirea planului de amplasare a surselor de iluminat şiaparatelor Cunoscând rezultatele calculului fotometric şi prevederile normativului I-7 pe planul de arhitectur ă se amplasează în fiecare încăpere corpurile de

iluminat şi prizele; se stabileşte locul tabloului de distribuţie (de obicei laintrarea în locuinţă). În Fig. 9.1 este redat planul arhitectural al unei locuinţe( garsonier ă) pecare au fost amplasate: tabloul de distribuţie TE, corpurile de iluminat,prizele şi întrerupătoarele. Pentru exemplul considerat, se observă:1. proiectantul a preferat folosirea în fiecare încăpere a surselor cuincandescenţă, simbol x.2. Pentru conectarea / deconectarea circuitelor sunt prevăzute întrerupătoare3. conform normativului I-7 priza pentru maşina de spălat esteamplasă pe hol şi are contact de protecţie

4. pentru receptoarele din bucătărie ( frigider, cuptor cu microundeetc.) este prevăzută o priză cu contact de protecţie.





B2. Reprezentarea schemei de alimentare cu energie electrică alocuinţei

a) Stabilirea grupelor de corpuri de iluminat care se leagă pe acelaşicircuitb) Stabilirea grupelor de prize care se leagă pe acelaşi circuit Se va urmări să nu se depăşească maximul puterii instalate pe fiecare

circuit. Traseele conductoarelor trebuie să fie orizontale sau verticale.Traseele oblice sunt admise numai pe plafoane şi dacă nu există altesoluţii. În cazul analizat s-au stabilit următoarele: Circuitul 1 (lumină)– pentru alimentarea tuturor surselor electricede iluminat Circuitul 2 (prize sufragerie) pentru alimentarea celor două prizedin această încăpere Circuitul 3 (prize bucătărie, baie) pentru alimentarea prizei dinbucătărie şi a prizei din hol ce deserveşte baia.

c) Reprezentarea schemei de alimentare cu energie electrică alocuinţeiPe planul de amplasare al surselor electrice se trasează circuitelefolosind linie întreruptă, în cazul montării sub tencuială, sau liniecontinuă, în cazul montajului aparent.

Elaborează unui micro proiect cu tema „Alimentarea cu energieelectrică a locuinţei mele”1.Parcurge etapele B1şi B2 de la calculul electric al instalaţiei deiluminat şi prize.Foloseşte datele din tabelul completat în momentul studierii unităţiide învăţare numărul 8.Desenează, pe pagina liber ă, planul de amplasare al surselor

electrice de iluminat şi al aparatelor electrice din locuinţa proprie.Acest plan face parte din lucrarea de verificare numărul 9.

APLICAŢII





1x60WBaie

Hol

1000W T.E.

1x60W

1000W

Bucatarie

1x60W

1x60W

3x100W

800W

Sufragerie

800W

Fig. 9.1 Planul de amplasare a surselor electrice de iluminat şi aparatelor electrice (în cazul unei garsoniere)





a. Planul de amplasare al surselor şi aparatelor.

b. Schema de alimentare cu energie electrică a locuinţei proprii.

3x100W

Sufragerie

Bucatarie1x60W

1x60WBaie

1x60W

Hol

T.E.

1x60W

800W

800W

1000W

1000W

Fig.9.2 Schema electrică de alimentare cu energie electrică a uneigarsoniere

B3. Dimensionarea circuitelor se face în funcţie de curentul nominal alcircuitului

a - curentul nominal al circuitului In

IN=Pi / Ucosφ 9.1





Unde Pi este puterea instalată pe circuit; U = 220V tensiunea de fază areţelei; cosφ factorul de putere al circuitului (pentru circuitele cu lămpi cuincandescenţă cosφ = 1) .

b - Siguranţa fuzibilă care protejează circuitul la scurtcircuit se vaalege din condiţia ca valoarea curentului nominal al siguranţei să fie maimare decăt curentul nominal al circuitului.

IF > IN 9.2c - Conductorul se alege din catalog astfel încât curentul maxim admisde conductor, Ima, să îndeplinească condiţia

Ima > IF / 0,8 9.3d - După stabilirea secţiunii conductorului se alege tubul de protecţie înfuncţie de secţiunea conductorului şi numărul de conductoare din tub.

Exemplu de calcul pentru figura 9.2Pentru alegerea siguranţelor fuzibile, conductoarelor şi a tuburilor deprotecţie s-au folosit date din materialul bibliografic E. Pietr ăreanu,Agenda electricianului, Editura tehnică, Bucureşti, 1986 din care s-au extras următoarele tabele:

Tabela 2.41 Siguranţe fuzibile de joasă tensiune

Soclu cu legături faţă simbol L.F pentru tensiunea de 250v, curentulnominal al siguranţei: 6A, 10A, 16A,20A, 25A.

Tabela 2.1.3.5 Conductoare pentru instalaţii electrice fixeSimbolizare: F- conductă pentru instalaţii fixe; A- scris la început –aluminiu; Y izolaţie de P.V.C Încărcarea maximă admisă Ima pentru conductoarele de cupru şialuminiu este conform tabelului de mai jos

sc –secţiunea transversală a conductoruluiNumărul de conductoare montate în tubul de protecţiesc

mm2cupru aluminiu2 3 4 2 3 4

1 14 12 11 - - -1,5 17 14 13 - - -2,5 24 20 18 18 16 15

APLICAŢII





Extras din tabela 2.5.1.1-Tuburi şi ţevi de protecţie a conductoarelor izolate

Mărimea nominală atubului

Număr de conductoare FY protejate /secţiunea conductorului, în mm2

13 1/6-2/1,5-3/1,5-4/116 1/16-2/6-3/2,5-4/1,5-5/1,5-6/1-7/118 1/25-3/6-4/2,5-5/2,5-6/1,5-7/1,5

Simbolizarea tuburilor de protecţie:I – izolante; P – de protecţie; E – etanşe; Y – din PVC; L – lăcuite

Se consider ă circuitul 1 - cel ce alimentează sursele electrice deiluminat

a. Calculul curentului nominal al circuituluiputerea instalată Pi = 3x100+60+60+60+60 = 540 W.

curentul nominal al circuitului IN=540 / 220 x1 = 2.45 A

b. Alegerea siguranţei fuzibileCea mai mică siguranţă din catalog este de 6A. Aceasta verifică relaţia9.2 6A > 2,45A, rezultă alegerea siguranţei fuzibile cu IF=6A

c. Alegerea conductorului condiţia 9.3 . IF / 0,8 = 6/ 0,8 = 7,5 A

Din catalogul de conductoare cea mai mică secţiune de conductor care îndeplineşte condiţia este conductorul din cupru cu secţiunea de 1mm 2

Într-adevăr pentru această secţiune conductorul are Ima =14 A,

14 A > 7,5A

d. Alegerea tubului de protecţie. Pentru 2 conductoare cu secţiuneade 1 mm2 se alege tubul IPY 13

Circuitul de priză – pentru prize sufrageriePentru circuitul de priză se ia în considerare puterea maximă de încărcare chiar daca aceasta poate fi ocazională

IN=2000 / 220 x1 = 9,09 ASe alege siguranţa fuzibilă cu I F = 10 A care îndeplineşte condiţia 9.2Deoarece în priză se pot introduce ocazional, simultan mai multereceptoare care pot depăşi 2000kw normativele prevăd prize 16 AConductorul FY de cupru cu secţiunea de 2,5 mm2 îndeplineşte condiţia9.3 iar pentru tubul de protecţie se va alege IPY 16

Circuitul de priză – prize pentru bucătărie şi pentru baie Conform prevederilor normativului I – 7 s-au prevăzut prize cu contact deprotecţie. S-a ales tubul IPY 16 deoarece numărul conductoarelor din tubpentru acest circuit este 3.





B4. Întocmirea schemei electrice a tabloului electric de distribuţie

LuminaC1

LF25/16A

2X2,5FY-1PY16

Prize bucatarie , baieC3

2X2,5FY-IPY-13

LF25/10A

Prize sufragerieC2

2X1FY-IPY-13

Pi=4540W

2000W

2000W

540W

LF25/6A

Fig.9.3 Schema electrică a tabloului de distribuţie

În figura 9.3 s-a trasat schema electrică a tabloului de distribuţie pentrugarsoniera ale cărei planuri şi scheme au fost analizate anterior.Conductoarele reţelei de alimentare din tabloul de distribuţie suntreprezentate cu linia plină groasă, verticală; pentru conductorul de fază iar pentru conductorul de nul s-a trasat linia întreruptă, verticală .Circuitul se reprezintă cu linie subţire, orizontală cu un capăt la fază şi cucelălalt la simbolul receptorului. Exemplu- circuitul 1 de lumină cu siguranţe de 6A şi puterea instalată

totală a surselor electrice de iluminat de pe circuit 540 W.

Realizează schema electrică a tabloului de distribuţie pentrulocuinţa proprie.Această schemă face parte din lucrarea de verificare numărul 9.

APLICAŢII





Schema electrică a tabloului de distribuţie din locuinţaproprie.

În concluzie:Proiectarea instalaţiei de iluminat şi prize are în vedere:

1. alegerea tipului numărului şi puterii surselor de iluminat astfel încâtsă se asigure confortul vizual optim;

2. alcătuirea schemei de alimentare generală cu energie electrică alocuinţei şi dimensionarea circuitelor de alimentare astfel încât să seasigure condiţiile de siguranţă în exploatare.





LUCRAREA DE VERIFICARE NR. 9Această lucrare are o pondere de 6% din nota finală de absolvire amodulului.

Tema : Schema de alimentare cu energie electrică a locuinţei

INSTRUCŢIUNILucrarea de verificare, al cărei conţinut este prezentat mai jos, vă solicită unele activităţi care necesită cunoaşterea unităţilor de

învăţare nr.8 şi nr.9. Răspunsurile la întrebări vor fi transmise prinpoştă tutorelui pentru corectare şi eventuale comentarii. Pe primapagină a lucr ării se vor înscrie următoarele informaţii: modululEnergie, Electrotehnică, Electronică, lucrarea de verificare numărul,numele şi prenumele cursantului, adresa.Vă recomand să scrieţi clar r ăspunsurile la întrebări. Dacă esteposibil utilizaţi un procesor de texte. Pentru comentariile tutorelui,lăsaţi o margine de circa 5 cm şi aceeaşi distanţă între r ăspunsuri.Pentru securitatea lucr ării vă recomand să scrieţi numelecursantului pe fiecare pagină.

Elaborează unui micro proiect cu tema „Alimentarea cu energieelectrică a locuinţei mele” urmărind etapele:1. Planul de amplasare a surselor de iluminat şi aparatelor electrice.

10 PUNCTE

2. Stabilirea grupurilor de corpuri de iluminat care se leagă peacelaşi circuit. 10 PUNCTE

3. Stabilirea grupurilor de prize care se leagă pe acelaşi circuit.10 PUNCTE

4. Întocmirea schemei de alimentare cu energie electrică

alocuinţei. 20 PUNCTE

5. Dimensionarea circuitelor. 30 PUNCTE

6. Întocmirea schemei electrice a tabloului de distribuţie20 PUNCTE

TOTAL 100 puncte






BIBLIOGRAFIE1.Emil Micu, ş.a Electrotehnica de la A la Z, Editura ştiinţifică şienciclopedică ,Bucureşti, 1985, Pag. 398.

2.D. Comşa şa, Proiectarea instalaţiilor electrice industriale ,Edituradidactică şi pedagogică Bucureşti, 1983, Pag. 367- 388

3. E Pietr ăreanu, Agenda electricianului, Editura tehnică, Bucureşti,1986Pag. 123,127,186

4.Niculae Mirea , Constantin Neguş Manual pentru instalaţii şiechipamente clasa a XI a Editura didactică şi pedagogică Bucureşti,1982, Pag. 3- 48



Aparate de măsur ă


UNITATEA DE ÎNVĂŢARE NR.10APARATE DE MĂSURĂ

Capitol Pagina


10.1. Noţiuni de bază: proces de măsurare, erori de măsurare 216

10.2. Aparate de măsur ă analogice 218

10.3. Aparate de măsur ă digitale 225

10.4. Multimetre 226

10.5. Măsurarea mărimilor electrice 227

10.6. Osciloscopul 235


Bibliografia 244

OBIECTIVE:Stimate cititorule,Te-ai gândit vreodat ă câte decizii iei în fiecare zi? În orice domeniu activitatea zilnic ă este influenţ at ă de decizii bazate pe informaţ ii cantitative. Sursaacestei informaţ ii este măsurarea inclusă în ac ţ iuni ca: observare, testare, diagnosticare, control etc.

După studiul atent al acestei unit ăţ i de înv ăţ are:- vei fi capabil să identifici aparatele de măsur ă analogice şi digitale în func ţ ie de principiul de

func ţ ionare, mărimea măsurat ă - vei putea să explici principiul de func ţ ionare al osciloscopului - vei fi capabil să măsori: intensitatea curentului electric, tensiunea electric ă, parametrii componentelor electronice şi electrice carealc ătuiesc circuitele de alimentare cu energieelectric ă





10.1. Noţiuni de bază: proces de măsurare, erori de măsurareMărimi fizice

În procesul de cercetare şi cunoaştere a naturii oamenii de ştiinţă audefinit noţiuni cu ajutorul cărora să poată caracteriza obiectele saufenomenele. De exemplu pentru fenomenul de mişcare au fost definite

următoarele noţiuni: spaţiu, timp, viteză.Prin mărime se înţelege o proprietate a obiectelor sau fenomenelor care poate fi deosebită calitativ şi determinată cantitativ.Fiecărui domeniu îi sunt caracteristice propriile mărimi. În domeniul fizicii întâlnim mărimi mecanice, mărimi electrice, mărimi optice etc.Proces de măsurareMărimile fizice de aceeaşi natur ă se deosebesc între ele numai cantitativşi ca urmare ele pot fi comparate.Măsurarea este procesul prin care sunt evaluate cantitativ mărimilefizice de acelaşi fel.A măsura o mărime fizică înseamnă a o compara cu o altă mărime

de aceeaşi natur ă denumită unitate de măsur ă. Unitatea de măsur ă se alege convenţional. Rezultatul măsur ării se exprimă printr-o valoarenumerică.Exemplu: tensiunea electrică măsurată la bornele unei prize este de 220V.Este obligatorie nominalizarea unităţii de măsur ă. În fizică există unităţi de măsur ă fundamentale care se definesc desine stătător şi unităţi de măsur ă derivate definite pe baza legilor fizicii în funcţie de alte mărimi.Unităţile fundamentale sunt: Metru – cu simbolul m, pentru lungimi. Kilogram- cu simbolul kg, pentru masă. Secundă - cu simbolul s, pentru timp. Amper- cu simbolul A, pentru intensitatea curentului electric. Kelvin - cu simbolul K, pentru temperatura termodinamică. Candelă- cu simbolul cd, pentru intensitatea luminoasă. Mol - cu simbolul mol, pentru cantitatea de substanţă.Totalitatea unităţilor de măsur ă defineşte Sistemul Internaţional alUnităţilor de Măsur ă cu simbol SI, sistem adoptat de toate ţările.Multiplii şi submultiplii unităţilor de măsur ă din SI sunt factori zecimali acăror denumire se formează cu ajutorul prefixelor prezentate în tabelul

de mai jos.Prefixe pentru multiplii unităţilor de măsur ă

Prefixe pentru submultipll unităţilor de măsur ă

Denumireprefix

Simbol Multiplicatoriiunităţii

Denumireprefix

Simbol Multiplicatoriiunităţii

Tera T 1012 Deci d 10-1 Giga G 109 Centi c 102 Mega M 106 Mili m 10-3 Kilo K 103 Micro μ 10-6 Hecto H 102 Nano n 10-9 Deca Da 10 Pico p 10-12

Pentru a executa măsur ările, pe lângă definirea unităţilor de măsur ă estenecesar ă şi realizarea materială a lor. În acest scop se folosescetaloanele. Acestea reproduc unităţile de măsur ă cu mare precizie.





Pe lângă etaloane, în procesul de măsurare, mai sunt necesare şi altemijloace de măsurare mai complexe: aparate de măsur ă, instalaţii demăsur ă.Pentru a măsura este necesar ă cunoaşterea metodelor de măsurare. Acestea sunt: metode directe ( prin care se măsoar ă direct mărimea demăsurat ) şi metode indirecte (valoarea mărimii de măsurat estedeterminată prin calcul, în funcţie de alte mărimi ce se măsoar ă direct).Erori de măsurareOricât de corect s-ar efectua măsurarea şi oricât de performante ar fimijloacele şi metodele acesteia măsurarea nu poate fi exactă. Intervine întotdeauna o eroare.

Valoarea adevărată ( reală sau exactă ) a unei mărimi reprezintă aceavaloare care ar rezulta dintr-o măsurare în care nu intervine nici o eroare. Aceasta este valoarea către care tinde orice mărime de măsurat.Deoarece valoarea adevărată nu poate fi cunoscută în practică se

utilizează valoarea de referinţă Xo obţinută prin măsurarea mărimii cumijloacele şi metodele cele mai performante.Eroarea absolută - Δ x: este definită prin formula de mai josΔ x = Xm – XoXo – valoarea de referinţă Xm – valoarea măsurată Eroarea absolută se exprimă în aceeaşi unitate de măsur ă ca şi mărimea de măsuratşi poate avea valori pozitive dacă Xm este mai mare ca Xo sau valorinegative în caz contrar. nu dă nici o informaţie asupra gradului de exacticitate al măsur ării.

Eroarea relativă- Xr: este definită prin formula de mai josXr = Δ x / Xo = ( Xm – Xo ) / XoEroare relativă se exprimă în procente dă imaginea gradului de exacticitate al măsur ării

1. La bornele unui aparat electric se măsoar ă Xm = 222 V, în loc de Xo = 220VEroarea absolută va fi: Δ x = Xm – Xo = 222 – 220 = 2VEroarea relativă va fi: Xr = Δ x / Xo= 2 / 220 = 0, 009 = 0.9 %2. La bornele unui rezistor se măsoar ă Xm = 3 V, în loc de Xo = 4VEroarea absolută va fi: Δ x = Xm – Xo = 3 – 4 = -1VEroarea relativă va fi: Xr = Δ x / Xo= 1 / 4= 0, 25 = 25 %

Observaţie: aceeaşi eroare absolută de măsurare, de un volt, are efectediferite asupra unei mărimi măsurate mai mari ( 222V) , faţă de o mărime

APLICAŢII





măsurată mai mică (3V). În calculul erorii relative se ia valoarea absolută a lui Δ x.

Tipuri de eroriErorile care intervin în măsurare pot fi:1. După cauza care le produce: Erori obiective – sunt date de influenţele mediului asupra măsur ăriisau de imperfecţiunea aparatelor şi metodelor de măsurare Erori subiective – depind de experimentator, de atenţia şi îndemânarea lui sau de starea organelor sale de percepţie2. Din punct de vedere al caracterului lor: Erori sistematice – pot avea atât cauze obiective cât şi cauzesubiective Erori aleatoare ( întâmplătoare ) – sunt date de influenţeleimprevizibile ale mediului ( vibraţii, creşteri bruşte de temperatur ă ) Greşeli - apar datorită manevrelor greşite sau necunoaşterii

metodelor de măsurare de către experimentator Caracteristicile metrologice ale aparatelor de măsur ă sunt criterii decalitate ale acestora. Cele mai importante sunt :1. Clasa de exacticitate a aparatului reprezintă acea calitate aaparatului de a da rezultate cât mai apropiate de valoarea adevărată amărimii de măsurare. Aceasta se exprimă prin indicii de exacticitate caresunt standardizaţi. În cazul aparatelor electrice analogice valorile indicilor sunt: 0.05 ; 0,1; 0,2; 0,5; 1,5; 2,5; 5.2. Intervalul de măsurare ( domeniul de măsurare ) reprezintă acelinterval de valori în care aparatul poate lucra şi furniza informaţia de

măsurare.3. Rezoluţia este cea mai mică diferenţă dintre indicaţiile unui aparat pecare experimentatorul o poate percepe.4. Sensibilitatea este caracteristică aparatelor analogice şi reprezintă cea mai mică valoare a mărimii de măsurat ce poate fi percepută deaparat .

10.2. Aparate de măsur ă analogice

Aparatele electrice de măsur ă sunt dispozitive tehnice cu ajutorul

cărora se pot efectua măsur ări prin intermediul unei mărimi electrice.

Cu ajutorul aparatelor electrice de măsur ă se pot măsura atât mărimielectrice, cât şi mărimi neelectrice.Schema generală a unui aparat de măsur ă ( Fig 10.1) se compune din:- traductor – dispozitiv care transformă mărimea de măsurare într-omărime electrică.- dispozitive intermediare cu rolul de a modifica mărimea de măsurare în aşa fel încât să poată fi prelucrată de instrumentul de măsur ă. Deexemplu dacă este prea mică să o amplifice şi în acest caz dispozitivulva fi constituit dintr-un amplificator, iar dacă valoarea de măsurare esteprea mare atunci dispozitivul intermediar va fi un atenuator.





- Instrumentul de măsurat preia mărimea de măsurare “tradusă” şiadaptată şi o transformă într-o mărime cu ajutorul căreia se determină valoarea mărimii de măsurare fie sub forma unei indicaţii, fie sub formaunei înregistr ări.

Traductor Marimede masurat

Dispozitiveintermediare

Instrumentde masurat

Indicare

Inregistrare

Actionare

Fig. 10.1. Schema funcţională a aparatelor electrice de măsur ă

Dacă aparatul face parte dintr-o instalaţie complexă de reglare şimăsurare va transmite informaţia unui alt etaj al instalaţiei care vaacţiona în sensul dorit în reglare.

Observaţ ie:

La măsurarea mărimii electrice, aparatul se reduce doar lainstrumentul de măsurare. În acest caz, instrumentul poate fi considerat el însu şi un aparat de măsurare.

Clasificarea aparatelor electrice de măsur ă:1. După mărimea de măsurare

2. După modul de afişare al rezultatului măsur ării

Aparate de măsur ă analogice sunt aparate la care indicaţia se poatemodifica continuu pe întreg domeniul de măsurare. Pentru stabilireavalorii măsurate operatorul citeşte diviziunile şi subdiviziunile indicate pescala gradată.

Principiul de funcţionare al aparatelor analogice constă întransformarea unei păr ţi din energia electromagnetică a mărimii de

Mărimea măsurată Unitatea de măsur ă /simbol

Denumireaaparatului demăsur ă

Energia electrică Kilowattor ă / kwh Contor de energieelectrică

Puterea electrică Watt / w wattmetruIntensitateacurentului electric

Amper / A amper metru

Tensiunea electrică Volt / V voltmetru Rezistenţa electrică Ohm / Ώ ohmmetru

După modul de afişare al rezultatului măsur ării

Aparate analogiceRezultatul măsur ării se poateşti citind valoarea ar ătată de unac indicator care se deplasează în faţa unei scale gradate.

Aparate digitaleValoarea mărimii de măsurat esteafişată sub forma unui număr





măsurat în energie mecanică care produce deplasarea unui ac indicator în faţa scalei gradate.Clasificarea aparatelor de măsur ă analogice în funcţie de principiul defuncţionare este dată de tabelul următor.

Denumire aparat de măsur ă analogic

Principiu de funcţionare

Magnetoelectric Deplasarea acului indicator se face pe bazafor ţelor electromagnetice care apar lainteracţiunea dintre un câmp magnetic a unmagnet permanent şi câmpulelectromagnetic produs de curentul demăsurat care alimentează o bobină mobilă

Feromagnetic Deplasarea acului indicator are la bază for ţa de atracţie / de respingere acâmpului magnetic asupra materialelor

feromagnetice.Pot fi: aparate feromagnetice de atracţie aparate feromagnetice de respingere

Electrodinamic Acul indicator se deplasează în urmaacţiunii unor for ţe care acţionează întreconductoarele parcurse de curent, numitefor ţe electrodinamice. La aceste aparateconductoarele sunt realizate sub forma adouă bobine ( una fixă şi alta mobilă

alimentate cu curentul de măsurat).Aparat de inducţie Acest aparat este o aplicaţie a fenomenului

de inducţie electromagnetică. Fenomence produce deplasarea unui conductor str ăbătut de curent, dacă acesta se găseşte în raza de acţiune a unui câmp magneticvariabil. De exemplu contorul de inducţiepentru măsurarea consumului de energieelectrică.

Electronic În construcţia căruia intr ă componenteelectronice





Gama de aparate analogice este mai extinsă. Aici le-am prezentat pecele mai reprezentative, iar referirile următoare le privesc pe cele mai întâlnite în practică: magnetoelectric, feromagnetic, electrodinamic. În următorul tabel sunt indicate câteva dintre proprietăţile acestor aparate.

Proprietăţi Aparatmagnetoelectric

Aparatferomagnetic

Aparatelectrodinamic

Clasa deexacticitate

Foarte bună 0,oo5-o,1

Slabă O,5-2,5

Foarte bună O,1-

Sensibilitatea Foarte marePoate măsura de lananoamperi nA

Mică Poate măsura dela zeci demiliamperi

MarePoate măsura dela miliamperi

Scală demăsurare

Uniformă- (diviziunilede pe scală sunt egal

distanţate)

Neuniformă (diviziunile de pe

scală sunt inegaldistanţate)

Uniformă doar când este utilizat

că wattmetru

Particularităţi Funcţionează numai încurent continuuNu rezistă prea bine laşocuri electrice şimecanice

Funcţionează şi înc.c. şi în c.a.Este robust,

rezistent la şocurielectrice şimecanice

Funcţionează şi înc.c şi în c.aNu rezistă la încărcări electricemari

Consumpropriu

Foarte mic<1W

Mare2 – 8 W

Foarte mare3 -10W

Utilizări -ampermetru şi

voltmetru de c.c-ohmmetru serie şiparalel- conectat la unredresor se poateutiliza şi în curentalternativ caampermetru şivoltmetru-multimetre

-ampermetru şi

voltmetru decurent continuu şi în curent alternativ

-ampermetru şi

voltmetru de curentcontinuu şi încurent alternativwattmetre decurent continuu şicurent alternativ

Elementele constructive ale aparatelor de măsur ă analogice.

Aparatele de măsur ă analogice au o parte mobilă care să asiguredeplasarea acului indicator şi o parte fixă necesar ă susţinerii păr ţiimobile. Elementele necesare transformării energiei electromagnetice înenergie mecanică (elemente active) sunt amplasate atât pe partea fixă cât şi pe

partea mobilă. Elementele active pot fi: bobine, magneţi permanenţi,

electromagneţi etc.Indiferent de principiul de funcţionare, instrumentele electrice analogiceau în componenţa lor:





1. Dispozitivul de citire - este compus din ac indicator şi scală gradată. Acele indicatoare se execută din duraluminiu sau din sticlă dediferite forme.Scala gradată este o succesiune de repere trasate pe cadranulaparatului corespunzător unui şir de valori ale mărimii de măsurat.Scala poate fi uniformă ( dacă diviziunile de pe scală sunt egal distanţate între ele) sau neuniformă (dacă diviziunile de pe scală sunt inegaldistanţate între ele) .Pe cadranele aparatelor de măsurat mai sunt trecute:- unitatea de măsur ă indicată de obicei prin simbol- clasa de exacticitate- simbolul poziţiei normale de funcţionare ( verticală, înclinată, de curentcontinuu sau curent alternativ )- tipul aparatului- marca producătorului

În tabelele de mai jos sunt precizate simbolurile înscrise pe cadraneleaparatelor de măsur ă analogice.

Tipul

Magnetoelectric

Magnetoelectric

Logometru

aparatului

cu redresor

magnetoelectric

Simbol SimbolTipulaparatului

Electrodinamic

Feromagnetic

Ferodinamic





SemnificatieSimbol

Curent continuu

Curent continuu si alternativ

Curent alternativ

Curent alternativ trifazat

În funcţie de destinaţia sau principiul de funcţionare, mai suntinscripţionateşi alte date care să permită identificarea corectă a aparatului de măsurat.

2.Sistemul mobil al aparatului ( 10.2 ) este alcătuit dintr-un ax - 4 pecare este fixat acul indicator – 5 cu contragreutăţile - 6 sale. Resortulspiral- 2 are un capăt prins pe ax şi celălalt capăt fixat pe o pârghie- 3,care poate fi deplasată prin rotire unui buton crestat -1, accesibil dinexterior. Această construcţie permite corectarea poziţiei acului indicator (atunci când aparatul nu este alimentat) faţă de gradaţia 0 de pe scală prin acţionarea butonului 1.

1 6 4

35

Fig. 10.2. Sistemul mobil al aparatelor de măsur ă analogice

Menţionăm că pe sistemul mobil sunt fixate şi elemente active (bobine,piese magnetice, etc.). Analiza sistemului mobil f ăr ă aceste elementeeste pur metodologică.3. Amortizorul – Din cauza fluctuaţiilor, de altfel mici, ale valorilor mărimilor electrice acul indicator oscilează în jurul poziţiei de echilibru. Acestor mişcări ale acului îngreunează citirea corectă a valorilor indicatepe scală. Pentru amortizarea acestor oscilaţii, instrumentele suntprevăzute cu amortizoare pneumatice sau electromagnetice.

4. Carcasa aparatului de măsur ă are rolul de a-l proteja împotrivapătrunderii prafului, atingerilor, a influenţelor câmpurilor electrice şimagnetice. Construită din mase plastice sau tablă, la îmbinări este

500V

2kV

fara incercare dielectrica

2

0

(cifra din stea indica kilovolti daca este diferita de 0

Valoarea tensiunii de incercareSimbol





prevăzută cu garnituri de etanşare. În faţa scalei gradate este prevăzută cu un vizor larg de sticlă.

Aparatul magnetoelectric este un aparat analogic a cărui funcţionarese face pe baza for ţelor electromagnetice care apar la interacţiuneadintre un câmp magnetic al unui magnet permanent şi câmpulelectromagnetic produs de curentul de măsurat care alimentează obobină mobilă. În urma acestei interacţiuni apare un cuplu activ carepune în mişcare bobina mobilă împreună cu întregul sistem mobil.

Fig. 10.3. Schema de principiu a aparatului magnetoelectric

Aparatul magnetoelectric ( Fig.10.3 ) se compune din: magnetpermanent ( polii N S ) care produce un câmp magnetic şi bobina mobilă care este alimentată cu un curent de măsurat. Această bobină esteplasată pe un sistem mobil similar celui din figura 10.2 . Atunci cândbobina este alimentată cu I ( curentul de măsurat ) va produce un câmpelectromagnetic propor ţional cu valoarea curentului. Din interacţiunea

celor două câmpuri magnetice ( al magnetului şi al bobinei) va rezulta uncuplu de for ţe ( numit cuplu activ – Ca ) care va determina rotireasistemului mobil şi implicit deplasarea acului în faţa scalei gradate. Acestcuplu activ este propor ţional cu valoarea curentului de măsurat Ca = Ka x I ( Ka – constantă de propor ţionalitate). Arcul spiral are un capăt fixat pe carcasă şi altul fixat pe axul sistemuluimobil.Prin rotirea axului arcul spiral va determina un cuplu rezistent propor ţional cu deformaţia arcului, deci cu deviaţia – α a acului indicator Cr = Kr x α ( Kr – constantă de propor ţionalitate).. Acul indicator se opreşte în dreptul diviziunii pentru care valoareacuplului activ este egală cu valoarea cuplului rezistent (Ca = Cr) rezultă





deplasarea acului este propor ţională cu intensitatea curentului demăsurare(α = K x I ) ( K – constantă de propor ţionalitate)..

10.3. Aparate de măsur ă digitale

Aceste aparate denumite şi numerice dau direct, prin cifre, valoareamărimii măsurate.O măsurare numerică constă de fapt în aproximaţia unei funcţii continue(mărimea de măsurat ) printr-o mulţime discretă de valori. În figura 10.4 este ilustrată discretizarea în trepte a unei mărimi x cu variaţie continuă în timp. Funcţia x = f ( t ) este reprezentată prin linia continuă ( roşie ).

Fig. 10.4. Discretizarea în trepte a unei mărimi cu variaţiecontinuă în timp

Discretizarea mărimii x se face prin înlocuirea ei cu o mărime variabilă întrepte. De exemplu: la momentul t2 mărimea A2 este aproximată cutreapta a3, iar la momentul t4 mărimea A4 este aproximată cu treapta a5. Aproximaţia este cu atât mai bună cu cât treapta de variaţie este maimică. Astfel se realizează discretizarea în nivel sau cuantificarea.

Deşi sunt de o mare diversitate aparatele de măsur ă digitale suntalcătuite dintr-o serie de blocuri funcţionale comune conectate între eledupă o schemă bloc asemenea celei din figura 10.5.





Convertor ADde masurat

Marime

Blocde comanda

Blocde alimentare

Dispozitivde afisaj

Circuitde intrare Numarator Decodificator

Fig. 10.5. Schema bloc a aparatelor digitale de măsur ă

Rolul fiecărui bloc din schemă este:1. Circuitul de intrare asigur ă prelucrarea mărimii de măsurare astfel încât să poată fi transmisă următorului bloc. Dacă mărimea nu esteelectrică circuitul de intrare o transformă în semnal electric cu ajutorul

traductoarelor. Dacă semnalul este prea mic îl amplifică, iar dacă esteprea mare îl atenuează;2. Convertorul analog digital ( AD) transformă semnalul electriccontinuu într-o serie de impulsuri electrice ( discreditează mărimea şi ocodifică );3. Număr ătorul asigur ă numărarea impulsurilor în sistemul denumeraţie binar;4. Decodificatorul transformă rezultatul în sistem zecimal;5. Dispozitivul de afişare preia numărul transmis de decodor şi îlafişează;6. Blocul de comandă asigur ă comanda automată a întregului sistem;

7. Blocul de alimentare asigur ă alimentarea cu energie electrică asistemului. În figura 10.6 sunt prezentate două aparate digitale; cel din dreapta estedestinat utilizării în medii cu pericol de explozie.

Fig. 10.6. Aparate de măsur ă digitale

10.4. Multimetre În procesul de măsurare al mărimilor specifice energiei, cele mai multe

ori apare necesitatea măsur ării mai multor mărimi. De exemplu pentru astabili un defect într-o instalaţie electrică de încălzire trebuie măsurate:intensitatea curentului, tensiunea electrică, rezistenţa rezistoarelor de





încălzire. Ar fi greu ca un electrician să aibă cu el ampermetru, voltmetruşi ohmmetru cu domenii de măsurare cât mai largi. Aşa se explică apariţia şi utilizarea pe scar ă mare a multimetrelor.Multimetrele sunt aparate de măsur ă complexe, care permitmăsurarea mai multor mărimi electrice, având pentru fiecaremărime mai multe domenii de măsurare.Din punct de vedere al principiului de funcţionare există multimetreanalogice, digitale, electronice. Din punct de vedere al număruluimărimilor electrice pe care le poate măsura există multimetre cu două mărimi (voltampermetre) cu trei mărimi (avometru) şi cu mai multemărimi.Multimetrele numerice sunt cele mai utilizate atât de profesionişti cât şide “marele public” .

Fig. 10.7. Multimetru digital selectat pentru măsurarea tensiunii electrice

Pentru operaţia de măsurare multimetrul digital este prevăzut cu un

ecran de afişaj, un comutator pentru selectarea mărimii de măsurare şi adomeniului de măsurare, borne de acces, două sonde şi cordoaneleaferente acestora.Există multimetre care permit memorarea valorilor măsurate şi alegereaautomată a domeniului de măsurare.

10.5. Măsurarea mărimilor electrice

În acest capitol sunt prezentate aparatele şi metodele de măsurarepentru intensitatea curentului electric, tensiunea electrică şi rezistenţaelectrică





10.5.1. Măsurarea intensităţii curentului electric Aparatul cu care se măsoar ă intensitatea curentului electric esteampermetrul. În cazul aparatelor analogice în curentul continuu sefolosesc ampermetre magnetoelectrice, feromagnetice, electrodinamice,iar pentru curent alternativ se folosesc ampermetre: feromagnetice,electrodinamice.Oricât de complicate ar fi circuitele în care se măsoar ă intensitateacurentului, acestea pot fi reduse la o schemă echivalentă care conţinesursa de tensiune şi un rezistor de rezistenţă R ( Fig10.8.a.) .

U R=~( )

I

~=

( U)

I

R

A

~ U

I

R A

Transformator de curent

U=~( )

AI

R

Sunt de masura

ra

a b c

d Fig. 10.8. Conectarea ampermetrelor în circuit

Pentru a fi parcurs de curentul de măsurat, ampermetrul se conectează

în serie cu sursa şi rezistenţa ( 10.8.b.).O condiţie importantă pe care trebuie să o îndeplinească orice aparat demăsur ă, este aceea de a nu modifica parametrii circuitului atunci cândeste conectat la circuitul respectiv. În cazul ampermetrelor, se observă că în circuitul de măsurare apare orezistenţă suplimentar ă cea a ampermetrului – r a. Aceasta conduce lamodificarea intensităţii curentului din circuit. Într-adevăr, aplicând legea lui Ohm pentru circuit f ăr ă ampermetru şipentru circuit cu ampermetru, se obţine:

- cazul fig. 10.8.a I = U / R

-cazul fig. 10.8.b Im = U /( R + r a)

I – este curentul real prin rezistenţă (A)Im – este curentul măsurat (A)U – tensiunea la borne (V)r a –rezistenţa proprie ampermetrului

Se calculează eroarea relativă în procente :Xr % = (I - Im) / I x 100 = (U/R – U / (R+r a) ) / U/R = r a / R + r a x 100 %

Pentru ca eroarea să fie cât mai mică trebuie ca rezistenţaampermetrului să fie foarte mică.





Atenţie !Conectarea greşită în paralel a ampermetrelor conduce la ardereabobinei şi se consider ă greşeală gravă în tehnica măsur ărilor.La conectarea în circuite de curent continuu se va ţine seama depolarităţile bornelor (+; -).

Extinderea domeniului de măsurare a ampermetrului Ampermetrele sunt construite să măsoare pe anumite domenii de valori.Exemplu: 0 – 1 A; 0 – 5 A; 0 – 100 mA. Pentru a mări domeniul demăsurare al ampermetrelor , se folosesc:- în curentul continuu schuntul (fig. 10.8.d)- în curentul alternativ : transformatorul de curent (fig. 10.8.c)Schuntul este un rezistor care se conectează în paralel cu rezistenţaampermetrului. Poate fi construit din sârmă, bar ă sau placă din aliaje cuun coeficient de dilatare neglijabil, montate fie în interiorul ampermetrului,fie în cutie separată.

Rezistenţa shuntului se calculează cu ajutorul formulei de mai jos:Rs = r a / (n – 1)

r a – rezistenţa interioar ă a ampermetrului valoare indicată pe cadranulaparatului sen = I / Ia factorul de amplificareI – valoarea maximă a noului domeniu de măsurareI A – curentul nominal al aparatului

Să se calculeze valoarea schuntului care trebuie montat la unampermetru cu I A = 1 mA, r A = 75 Ω, pentru a putea măsura un curentde 10 mA.n = I / Ia = 10 / 1 = 10r s = r a / (n – 1) = 75 / (10 – 1) = 8,33 Ω

Transformatorul de curent este un dispozitiv electromagnetic cu ajutorulcăruia se poate reduce valoarea intensităţii curentului electric . Astfel deexemplu la măsurarea intensităţilor unor curenţi alternativi care depăşesc50 A, ajungând până la zeci de mii de amperi, se folosesc ampermetrede 5 A sau 1 A împreună cu un transformator de curent.Intensitatea curentului electric se mai poate măsura cu: multimetreanaloage electronice, digitale sau cu ajutorul osciloscopului.10.5.2. Măsurarea tensiunii electrice Aparatul cu care se măsoar ă tensiunea electrică este voltmetrul. În cazulaparatelor analogice în curentul continuu se folosesc voltmetremagnetoelectrice, feromagnetice, electrodinamice, iar pentru curent

alternativ se folosesc voltmetre: feromagnetice, electrodinamice

APLICAŢII





Conectarea voltmetrelor în circuitPentru a măsura tensiunea între două puncte voltmetrul se conectează

în paralel cu por ţiunea de circuit dintre cele două puncte.

~=

( U) R =~( U) RV

rv=~( U) R

V

Transformator de masurade tensiune

A X

a x

~=

( ) VU

rvR

Ra

a b

c

d

Fig. 10.9. Conectarea voltmetrelor în circuit

Pentru circuitul echivalent din figura 10.9.a tensiunea la bornelerezistorului R se măsoar ă cu voltmetrul conectat în paralel cu rezistorulasemenea celui din figura 10.9.b.Pentru ca la conectarea unui voltmetru în circuit parametrii acestuia să se modifice cât mai puţin trebuie ca rezistenţa proprie a voltmetrului r v

să fie mult mai mare decât rezistenţa la bornele căreia seconectează

Atenţie!Conectarea greşită ( în serie ) a voltmetrului este urmată de o scădereimportantă a curentului din circuit.La conectarea în circuit de curent continuu se va ţine cont de polarităţilebornelor (+ ; - ).Extinderea domeniului de măsurare a voltmetrului se realizează în curentcontinuu cu rezistenţe adiţionale –Ra - ( fig. 10.9.d ) şi în curent alternativcu transformatorul de tensiune ( fig. 10.9.c ).

Rezistenţa adiţională este un rezistor conectat în serie cu voltmetrul.Valoarea rezistenţei adiţionale se calculează cu ajutorul formulei de mai jos:Rad = ( n-1) x r v Rad - rezistenţa adiţională măsurată în Ω ( ohm) r v - rezistenţa voltmetrului măsurată în Ω ( ohm)n – factorul de amplificare: n = U / Uv

- U – tensiunea maximă a noului domeniu măsurată în V ( volţi )- Uv – tensiunea nominală a voltmetrului ( volţi )

Valorile rezistenţelor adiţionale sunt mari.





10.5.3. Măsurarea rezistenţelor electrice În practică valorile rezistenţelor electrice ale rezistorilor pot fi într-o gamă foarte largă de valori. Pentru a fi măsurate sunt utilizate: ohmmetrepentru măsurarea rezistenţelor mai mici de 106

Ω şi megaohmmetrepentru rezistenţe mai mari decât 106

Ω.

Principiul de funcţionare al ohmmetrelor

şi megaohmmetrelor are la baz

ă

Legea lui Ohm. Dacă se consider ă tensiunea constantă din relaţia R = U/ I rezultă că rezistenţa variază numai în funcţie de intensitateacurentului. Aceasta poate fi măsurată cu un miliampermetru. Pentruvalorile constante ale tensiunii ( 10 V, 100 V,etc ) scala ampermetruluipoate fi etalonată direct în ohmi.

OhmmetreDupă cum rezultă din principiul de funcţionare, ohmmetrul trebuie să conţină o sursă de alimentare cu tensiune constantă şi unminiampermetru gradat în ohmi.Pentru măsurarea rezistenţelor relativ mari se folosesc ohmmetre serie,iar pentru măsurarea rezistenţelor mai mici de 100 Ω se folosescohmmetre derivaţie

Ohmmetrul serie

a b

Fig. 10.10. Ohmmetru serie: a) schema electrică; b) scala gradată

mA

RR'

Rx

K

E

0

5 0 0

50

5





Analizând schema din figura 10.10.a. se observă conectarea în serie aelementelor componente:E – sursă de tensiune continuă ( baterie de 1,5 – 16 V cc )R’ – rezistenţă variabilă R – rezistenţă cu valoare fixă pentru limitarea curentuluimA – miliampermetri de tip magnetoelectric

Scalele ohmmetrelor ( Fig.10.10.b.) sunt gradate între reperele oo şi 0.

Ohmmetrul derivaţie

R'E R

mA

K

K1

Rx

5 0 0

50

5

0

a b

Fig. 10.11. Ohmmetru derivaţie: a) schema electrică; b) scala gradată

Analizând schema din figura 10.11.a. se observă conectarea în derivaţiea elementelor componente:E – sursă de tensiune continuă ( baterie de 1,5 – 16 V cc )

R’ – rezistenţă variabilă R – rezistenţă cu valoare fixă pentru limitarea curentuluimA – miliampermetri de tip magnetoelectric

Scalele ohmmetrelor ( Fig.10.11.b.) sunt gradate între reperele 0 şi oo.

10.5.4. Măsurarea mărimilor electrice cu multimetrul.

Lucrare de laborator Tema: Măsurarea mărimilor electrice cu multimetrul digital.1. Obiective: A.măsurarea tensiunii electrice;B.măsurarea intensităţii curentului electric;C.măsurarea rezistenţei2. Aparate necesare: un multimetru digital, rezistenţe de valori diferite, osursă variabilă de tensiune continuă şi o sursă variabilă de tensiunealternativă. 3. Desf ăşurarea lucr ării:A1. măsurarea tensiunii electrice în curent continuu

APLICAŢII





Cu ajutorul sursei de tensiune şi a rezistoarelor se realizează montajuldin figura de mai jos

=~( U) RV

rv

b

Pentru măsurarea tensiunii se foloseşte multimetrul digital din figura10.7.Secvenţele de lucru:a) fixarea cordonului de măsur ă la bornele: borna comună (com ) şiborna V.b) selectarea cu ajutorul comutatorului a mărimii de măsurat V ( curentcontinuu ) dacă nu se cunoaşte cu aproximaţie valoarea mărimii demăsurare se alege pentru început un domeniu de măsurare mai mare.c) se conectează voltmetrul în paralel cu rezistorul astfel încât sonda dela borna com să fie spre borna de minus a sursei.d) se reduce domeniul de măsurare până când cifra cea maisemnificativă este diferită de 0.e) se citeşte valoarea tensiunii măsurate ( se ţine seama de poziţiavirgulei).Observaţie: se vor realiza trei montaje cu rezistoare diferite şi se vor efectua trei măsur ări.A2. Pentru măsurarea tensiunii electrice în curent alternativ serealizează montajul folosind sursa de tensiune alternativă.

Secvenţe de lucru:a) comutatorul se trece pe poziţia V, curent alternativ, domeniul cel maimare În continuare se urmăresc aceleaşi secvenţe ca şi la măsurarea în curentcontinuu.

B. Măsurarea intensităţii curentului electric în curent continuuCu ajutorul sursei de tensiune şi a rezistoarelor se relizează montajul dinfigura de mai jos

~=

( U)

I

R

Ara

b





Fig. 10.12. Multimetru digital selectat pentrumăsurarea intensităţii curentului electric

Secvenţele de lucru:f) fixarea cordonului de măsur ă la bornele: borna comună ( com ) şiborna mA.g) selectarea cu ajutorul comutatorului a mărimii de măsurat A ( curentcontinuu ) dacă nu se cunoaşte cu aproximaţie valoarea mărimii demăsurare se alege pentru început un domeniu de măsurare mai mare.

h) se conectează ampermetrul în serie cu rezistorul astfel încât sonda dela borna com să fie spre borna de minus a sursei.i) se reduce domeniul de măsurare până când cifra cea maisemnificativă este diferită de 0. j) se citeşte valoarea intensităţii electrice măsurate ( se ţine seama depoziţia virgulei).Observaţie: se vor realiza trei montaje cu rezistoare diferite şi se vor efectua trei măsur ări.Datele măsur ătorilor vor fi valorificate prin realizarea unui referat.

Pentru măsurarea rezistenţei se va selecta domeniul ohm.

Secvenţele de lucru sunt în ordinea prezentată mai sus cu următoareleobservaţii:-la acest aparat borna ohm este comună cu borna volt;-se ating cât mai bine bornele rezistenţei;-nu se ating cu degetele vârfurile sondelor;-după măsurare comutaţi butonul de pornire /oprire pe poziţia oprit (OFF)





10.6. OSCILOSCOPULGeneralit ăţ i Osciloscopul este un aparat care permite vizualizarea semnalelor electrice- tensiuni, curenţi, respectiv, a curbelor ce reprezintă variaţia întimp a acestora. De asemenea permite determinarea valorilor instantanee a curenţilor şi tensiunilor, a frecvenţei acestora, a defazajelor

dintre semnale, a curbei de magnetizare.

Osciloscopul poate face parte şi din sisteme complexe de măsurare şicontrol cum sunt: vobuloscopul (aparat care permite vizualizareacaracteristicilor de frecvenţă ale amplificatoarelor), caracterograful (pentru vizualizarea caracteristicilor tranzistoarelor), analizorul de spectru.

Figura 10.13

Proprietăţi:-Impedanţa de intrare foarte mare –de ordinul MΩ,-Consum foarte mic de semnal util (semnal din circuitul de măsurare);-Sensibilitate foarte mare. Sensibilitatea osciloscopului S este definită prin raportul S= D/U (cm/V) unde D, este deviaţia pe verticală a spotului,măsurată în cm iar U, este tensiunea aplicată plăcilor de deflexie peverticală.-Posibilitatea studierii semnalelor de frecvenţă foarte mare, până la sutede megaher ţi- posibilitatea amplificării sau atenuării semnalelor de studiat.

b.Pe ecran sevizualizează semnalulgenerat de unmultivibrator realizat cuamplificator operaţional.

c.Pe ecranul analizoruluide spectru se observă amplitudinea semnaluluide frecvenţă fundamentală şi amplitudineaarmonicelor

a.Pe ecranul osciloscopului sevizualizează un semnalgenerat de un multivibrator cufrecvenţa de 1000Hz –spotulverde şi un semnal sinusoidalcu amplitudinea de 230Vşifrecvenţa de 60Hz – spotul

galben





Principiul de func ţ ionareFuncţionarea osciloscopului se bazează pe deplasarea pe ecranul său aunui punct luminos –spot- pe două direcţii, orizontală x şi verticală y,pentru a obţine o curbă. Acest lucru este posibil dat fiind proprietateaunui fascicol de electroni de a fi deviat sub acţiunea unui câmp electricsau magnetic şi pe proprietatea unui fascicol de electroni de a produce în punctul de impact iluminarea unui ecran tratat cu substanţeluminofore.

Luminofor = material luminiscent

Fascicolul de electroni este produs, focalizat şi accelerat în tubul catodic,şi bombardează ecranul, producând un punct luminos. Deplasareafascicolului de electroni este realizată de devierea acestuia în prezenţaunor câmpuri electrice create între două perechi de plăci de deflexie dininteriorul tubului catodic la aplicarea unor tensiuni electrice: tensiunea UY pe plăcile de deflexie verticală şi tensiunea UX pe plăcile de deflexie peorizontală. Pentru ca pe ecran să apar ă o curbă A=f(B) este necesar catensiunea UY să fie propor ţională cu mărimea A iar tensiunea UX să fiepropor ţională cu mărimea B. Spotul se va deplasa pe ecran după direcţiile y şi x în ritmul de variaţie al mărimilor Aşi B. Dacă mărimile A şiB sunt periodice, este necesar ca frecvenţa semnalului A să fie un

multiplu al frecvenţei semnalului B:f A = n*f B unde n este un număr întreg.

Figura 10.14

Elementele componente ale osciloscopului Tubul catodic este componenta de bază a osciloscopului deoarece îninteriorul său se generează fascicolul de electroni care, deviat de câmpulelectric de deflexie produs de semnalul electric de cercetat,bombardează ecranul pe care descrie curbele luminoasecorespunzătoare acestuia. În imaginea de mai jos este prezentat un tub

catodic real.

DIC IONAR

Tun electronic





Figura 10.15 Tub catodic

Păr ţile constituente ale tubului catodic sunt prezentate în schema 10.16

Figura 10.16

În imaginea de mai sus este prezentată alcătuirea unui tub catodicpentru osciloscop.C- catodul termoemisiv este un cilindru metalic acoperit cu oxizi de bariusau de stronţiu şi poate emite electroni când este încălzit de filament.Electrodul de comandă, numit şi cilindru Wehnelt este un cilindru care

înconjoar ă catodul şi care este prevăzut cu un orificiu prin care pot treceelectronii. Acest electrod este alimentat la un potenţial negativ faţă decatod. Cu cât acest electrod este la un potenţial mai negativ cu atâtnumărul electronilor care vor trece de el va fi mai mic. Reglândnegativitatea potenţialului la care este conectat acest electrod, sereglează intensitatea fascicolului luminos. Potenţiometrul prin care sereglează tensiunea de alimentare a electrodului este accesibil pentruutilizator.După trecerea prin electrodul de comandă, fascicolul este concentrat deo lentilă de focalizare spre centrul ecranului şi accelerat pentru adobândi o energie foarte mare. Tensiunea de alimentare a anodului de

focalizare este reglabilă de către utilizator şi de valoarea ei depindeclaritatea spotului. Mai există un anod care prin tensiunea sa de

Circuit de încălzire

a filamentului

Plăci Y Plăci X

Fascicol

de electroni

Amplificator Y Baza de timp

Tub catodic

ecran





alimentare reglabilă serveşte la corecţia de astigmatism adică deovalizare a spotului la marginile ecranului.Există şi un anod de accelerare alimentat la o tensiune de ordinulkiovolţilor necesar ă pentru a imprima o energie foarte mare fascicoluluide electroni deoarece unul din parametrii de care depinde sensibilitateaosciloscopului este energia cu care aceştia bombardează ecranul,respectiv tensiunea de accelerare.Plăcile de deflexie electrostatică – de deflexie pe orizontală şi peverticală, denumite aşa în funcţie de direcţia de deviaţie a spotului, şi nude orientarea lor în spaţiu, primesc tensiuni continue reglabile. Pe plăcilede deflexie pe verticală, poziţionate orizontal, se aplică tensiunea devizualizat, iar pe plăcile de deflexie pe orizontală, poziţionate vertical, seaplică tensiunea de la circuitul bază de timp. Când pe plăcile de deflexienu se aplică nici un semnal fascicolul de electroni nu este deviat şibombardează ecranul în centru.Dacă se aplică tensiune numai pe plăcile de deflexie pe verticală,

electronii sunt deviaţi în câmpul electrostatic dintre aceste plăci iar laieşirea dintre plăci î şi continuă mişcarea după o direcţie tangentă latraiectoria pe care au avut-o între plăcile de deflexie pe verticală. Peecranul osciloscopului apare o dreaptă verticală. Dacă se aplică tensiunenumai de la circuitul baza de timp, spotul va fi deviat numai pe orizontală şi pe ecran, apare o dreaptă verticală.Energia cinetică a electronilor care bombardează ecranul se transformă în energie luminoasă din care o parte este cuprinsă în spectrul vizibilaceastă proprietate se numeşte fluorescenţă şi dintre substanţele care auaceastă proprietate amintim vilemitul sau ortosilicatul de zinc. Dacă sefolosesc compuşi ai cadmiului, fosforului, zincului şi calciului se obţin

ecrane de culori şi iner ţii variabile.După ce au lovit ecranul , electronii sunt colectaţi de un electrod deecranare depus pe suprafaţa păr ţii tronconice a tubului catodic. Amplificatorul de deviaţie pe verticală are rolul de a transmite semnalulde vizualizat pe plăcile de deflexie pe verticală din tubul catodic Eltrebuie să îndeplinească următoarele condiţii:-amplificarea trebuie să fie destul de mare pentru a permite studiereasemnalelor de amplitudine mică;-Impedanţa de intrare trebuie să fie foarte mare pentru a împiedicamodificarea formei semnalelor şi a nu consuma din semnalul util.-banda de frecvenţă a semnalelor amplificate să fie foarte mare. Circuitul

de intrare se realizează sub forma capului de probă (sondă). De obiceicircuitul de intrare se realizează sub forma unui cap de probă prinintermediul căruia semnalul se conectează la circuitul de intrare alosciloscopului şi are o rezistenţă de intrare de 1-10MΩ în paralel cu ocapacitate de ordinul picofarazilor .





Pentru a vizualiza semnalul aplicat pe plăcile de deflexie pe verticală,este necesar ă aplicarea concomitent a unui semnal, a unei tensiuni liniar variabile, pe plăcile de deflexie pe orizontală. Fascicolul de electronideviază pe ecran după o variaţie în timp a tensiunii de cercetat, deviaţiape verticală fiind propor ţională cu amplitudinea instantanee a acesteia.Dacă frecvenţa semnalului de studiat f y este egală cu cea a bazei detimp, f x pe ecran apare curba corespunzătoare a unei perioade de

oscilaţie. Dacă frecvenţa f y este de n ori mai mare decât a bazei de timp,curba cuprinde n perioade pe ecran. În cazul în care raportul dintrefrecvenţa f y şi f x nu este un număr întreg, imaginea de pe ecran nu estestabilă.

Prezentarea osciloscopului

1-ecran; 2-buton pentru reglajul intensităţii fascicolului de electroni;3-buton pentru reglajul focalizării spotului ; 4 – comutator bază de timp; 5,6 – comutator pentru amplificatorul de intrare

Măsur ări cu osciloscopulM ăsurarea tensiunilor Amplitudinea unei tensiuni alternative se poate evalua prin valoarea samaximă Umax care se poate determina pe ecranul osciloscopului,

valoarea efectivă şi valoarea vârf la vârf. Valoarea efectivă se poatemăsura cu un voltmetru de c.a. iar valoarea maximă şi valoarea vârf lavârf se pot determina pe ecranul osciloscopului. Valoarea maximă se

6

4321

5





calculează înmulţind deplasarea maximă a spotului pe verticală în cm, cuvaloarea indicată de comutatorul amplificatorului

de intrare pe verticală.M ăsurarea perioadei O tensiune alternativă este o mărime periodică adică î şi repetă valorile înaceeaşi ordine la sfâr şitul unui interval de timp numit perioadă T.Perioada se calculează înmulţind numărul de diviziuni pe care sedesf ăşoar ă semnalul cu numărul de secunde per diviziune indicate decomutatorul bazei de timp.M ăsurarea frecvenţ ei Frecvenţa f= 1/ T,deci se poate calcula după măsurarea perioadeisemnalului.Determinarea tensiunii efective a unei tensiuni alternativeTensiune efectivă su eficace corespunde tensiunii continue careproduce acelaşi efect termic.Valoarea ei se poate determina astfel:

Uef =2

maxU

= 22

vvU





1.Pe ecranul unui osciloscop se obţine curba din figur ă. Identificaţi tipulde semnal şi precizaţi numărul de diviziuni pe care se desf ăşoar ă peorizontală şi pe verticală

Semnalul vizualizat pe ecran este sinusoidal. Se desf ăşoar ă pe 8diviziuni pe orizontală (perioada semnalului , T ) şi 7 diviziuni pe verticală ( 3,5 +3,5 )

2.În cazul în care comutatorul bazei de timp (TIME / DIV) se află pepoziţia din figur ă, calculaţi perioada şi frecvenţa semnalului.

Rezolvare: 8div.x 2ms/div = 16msRezolvare: T = 8div.x 2ms/div = 16ms

f = 1/T = 1/16x 10 –3 = 62,5 Hz.

APLICAŢII

T

T

1 2 3 4 5 6 7 8

2

TIME / DIV





3. Calculaţi valoarea maximă a semnalului vizualizat pe ecran, valoareavârf la vârf şi valoarea efectivă, în cazul în care comutatorul VOLTS/ div.este în poziţia din figur ă.

Rezolvare: Umax = Nr. Div. x Volt /div.= 3,4 div.x 0,5V/div. = 1,7VUvv = 2Umax = 2 x 1,7V = 3,4 VUef. = Umax / 2 = 1,7/ 1,41= 1,2 V

4) Comparaţi oscilogramele şi stabiliţi care din acestea sunt identice,dacă poziţiile comutatoarelor sunt cele afişate.

Oscilograma 1) 2) 3) 4)

Tensiuneamaximă

2x0,2 = 0,4 V 2,5x2v=5 V 4x1=4V 1x5=5V

Perioada 5x1=5ms 2,5x2=5ms 10x2x5= 100ms 10x0,5=5ms

0.5

321

3,4

max

0.5

1) 0, 2 V/div1 ms/div

2) 2 V/div2 ms/div

3) 1 V/div5 ms/div

4) 5 V/div0,5 ms/div





LUCRAREA DE V ERIFICARE NR.10

Această lucrare are o pondere de 6% din nota finală deabsolvire a modulului.Tema : Măsurarea mărimilor electrice

Se vor efectua lucr ări de laborator pentru măsurareaintensităţii curentului electric, tensiunii electrice, aparametrilor componentelor electronice şi electrice carealcătuiesc circuitele de alimentare cu energie electrică. Se vor folosi aparate de măsur ă analogice, digitale şi osciloscop.După ce veţi folosi aparatele de măsur ă indicate r ăspundeţi la

următoarele întrebări:1. Alegeţi r ăspunsul corect:A.Cu un aparat de măsur ă de c. a.se măsoar ă:

a) valoarea medie; b) valoarea efectivă; c)valoarea maximă.10 PUNCTE

B. O tensiune care are valoarea efectivă de 10V, are valoareamaximă:a) 12V; b) 14V; c)24V. 15 PUNCTEC. Valoarea medie a unei tensiuni alternative de valoareefective de 7V este:a) 0; b)14V; c) 28V 15 PUNCTE2. Citeşte afirmaţiile de mai jos şi notează în dreptul lor litera

A dacă apreciezi că afirmaţia este corectă şi litera F, dacă apreciezi că afirmaţia este falsă:a)Osciloscopul se numeşte catodic pentru că fascicolul deelectroni este emis de catod:b)Perioada este distanţa dintre două maxime consecutive alesemnalului.

10 PUNCTE3.Calculează valoarea maximă a tensiunii alternative de lareţea( Uef =220V); 10 PUNCTE4. Calculează valoarea efectivă a tensiunii unui semnal care sedesf ăşoar ă pe ecranul osciloscopului pe 8 diviziuni, iar comutatorul de intrare pe verticală indică 50mV/diviziune.

30 PUNCTE5.O tensiune cu frecvenţa de 200Hz are o perioadă de:a) 5ms; b)0,05s; c) 500μs 10 PUNCTE

TOTAL 100 PUNCTE




BIBLIOGRAFIE

1.Emil Micu ş.a., Electrotehnica de la A la Z, Editura ştiinţifică şienciclopedică , Bucureşti, 1985 . Pag. 17,18,279,280,437.

2.Edmond Nicolau, Mariana Beliş Măsur ări electrice şielectronice, editura didactică şi pedagogică, 1981. Pag. 15-26, 70,120 – 134

3.Eugenia Isaac, Manual de Măsur ări electrice şi electronice,clasa XI, Editura Didactică şi pedagogică, 1994, Pag. 8-13,16-20,24, 25,28, 34, 45.

4.Radu Dordea Măsur ări electrice şi electronice, Editura Didactică şi pedagogică, 1980, Pag. 40 –47, 64- 104

5.Robe Mariana, Monica Meteescu, Angela Popescu, PopaVasilica ş.a., Manual de pregătire pentru domeniul electric, anul Işcoala profesională, Editura Economică Preuniversitaria, 2000,Pag. 5- 58, 327 – 347.

6.N. Bogoevici, Electrotehnică şi măsur ări electrice, EdituraDidactică şi pedagogică,1980, Pag. 150- 175

elth cds auxiliar

Documents

Transcript of elth cds auxiliar