Dispozitive si Circuite Electronice

10DCE - Cap.1. Introducere9DCE - Cap.1. Introducere

Cap.1. introducere

n curs se prezint dispozitivele i circuitele electronice fundamentale ce intervin n prelucrarea electronic a semnalelor analogice. Termenul de "electronic" este asociat mecanismului electronic de conducie electric.

Prin component electronic se nelege realizarea fizic a unui element electric individual, ntr-un corp fizic independent, care nu poate fi redus mai departe sau divizat, fr a distruge posibilitatea de a ndeplini funcia pentru care a fost realizat. Componentele electronice se mpart n dou categorii: pasive i active. Componentele pasive sunt elemente disipative (consum putere activ i o transform n cldur) i nu pot controla fluxul de energie dintr-un circuit electric. Ex.: rezistoare, condensatoare, bobine de inductan, transformatoare etc. Circuitele formate numai din componente pasive nu pot efectua cea mai important funcie electronic: amplificarea. Aceasta poate fi realizat de componentele active, care sunt elemente care pot comanda sau modula fluxul de energie dintr-un circuit. Ex.: dioda semiconductoare, tranzistoare, tuburi cu vid sau cu gaz, dispozitive optoelectronice etc. Uzual, pentru componentele pasive se folosete termenul de "componente", iar pentru cele active, termenul de "dispozitive". Dispozitivele electronice se bazeaz pe controlul micrii purttorilor de sarcin n corpul solid (de regul n semiconductoare), n gaze sau n vid.

Circuitele electronice sunt acele circuite electrice care folosesc dispozitive electronice. Ele realizeaz diverse funcii electronice: amplificarea, redresarea, stabilizarea tensiunii, generarea de oscilaii armonice, modularea, demodularea etc. Circuitele electronice se mpart n dou categorii:

1) circuite digitale (numerice, logice): acele circuite care prelucreaz semnale binare, adic semnale care pot avea numai dou valori (0 sau 1);

2) circuite analogice: circuitele la care semnalul de ieire variaz continuu n timp, urmrind dup o anumit lege variaia semnalului de intrare. Dup natura funciei de transfer, adic a relaiei dintre mrimea de intrare i cea de ieire, circuitele analogice se mpart n circuite liniare i neliniare.

Dispozitivele electronice sunt n general neliniare, dar ele pot fi considerate suficient de liniare n domenii de funcionare limitate.

Tubul electronic a fost primul dispozitiv folosit n electronic. nc din anul 1883, Thomas Edison, a studiat i a construit o lamp cu filament de carbon, atrgndu-i atenia nnegrirea tubului de sticl dup cteva ore de funcionare. Cu intenia de a capta unele din particulele care nnegreau sticla, a introdus n balonul de sticl o plac metalic i a fost surprins s descopere c dac fcea placa pozitiv n raport cu filamentul, n circuit aprea un curent. Timp de douzeci de ani nimeni nu a tiut c acest efect termoelectronic numit "efect Edison", era datorat electronilor emii de filamentul cald i captai de anodul (placa) ncrcat pozitiv. nnegrirea lmpii a fost studiat i de Ambrose Fleming, cercetnd realizarea unui detector evoluat pentru undele radio ale lui Marconi. n 1904 el i-a patentat "tubul oscilator" cu doi electrozi (dioda) care permitea trecerea curentului ntr-o singur direcie. Lee de Forest a construit n 1907 un tub electronic cu o gril (reea) metalic ntre catod i anod, numit triod. Urmeaz tetroda (Schottky, 1919), pentoda (Tellegen, 1928) etc.

n anii 30 au aprut redresoarele cu diode metal-semiconductor (cu seleniu, cu oxid cupros), apoi cu germaniu (Ge) i cu siliciu (Si). Primul tranzistor bipolar a fost cel cu contacte punctiforme, realizat de Bardeen i Brattain n 1948, dar nu s-a impus din cauza puterii foarte mici. Cel mai important dispozitiv electronic este, la ora actual, tranzistorul bipolar cu jonciuni, inventat de Shockley n 1949.

Cu excepia unor aplicaii specializate (n emitoarele radio, tuburile catodice), tuburile electronice au fost nlocuite dup 1960 de dispozitivele semiconductoare discrete i integrate.

Un circuit integrat este o unitate constructiv inseparabil de microelemente interconectate electric, plasate n volumul sau pe suprafaa unui substrat comun. D.p.d.v. tehnologic, ele pot fi realizate sub form monolitic sau sub form hibrid. Circuitele integrate monolitice se obin integral pe aceeai plcu (cip) de material semiconductor. Cele hibride conin i unele elemente neintegrabile (condensatoare i inductane mari).

Pentru analiza circuitelor electronice se utilizeaz legile fundamentale ale circuitelor (legea lui Ohm, legile lui Kirchhoff), precum i o serie de teoreme (superpoziiei, Thvenin, Norton etc.).

Teorema superpoziiei poate fi enunat n dou forme: una n termenii unei reele de impedane i alta n termenii unei reele de admitane. n orice reea liniar de impedane i generatoare, curentul dintr-o ramur este egal cu suma curenilor ce strbat acea ramur datorit fiecrui generator considerat separat, cu toate celelalte generatoare nlocuite prin impedanele lor interne.

n exemplul din figura 1.1 vom aplica teorema superpoziiei pentru a calcula curentul I din ramura circuitului cu rezistorul avnd rezistena de 5SYMBOL 87 \f "Symbol".

Considerm bateria de 12V singur i nlocuim bateria de 6V lsnd doar impedana sa intern de 2SYMBOL 87 \f "Symbol". Pentru acest circuit avem:

Acum considernd bateria de 6V singur, nlocuim bateria de 12V lsnd doar impedana sa intern de 6SYMBOL 87 \f "Symbol". Rezult:

Cu ajutorul teoremei superpoziiei avem:

A doua modalitate de exprimare a teoremei superpoziiei este: n orice reea de admitane i generatoare de curent, potenialul de-a lungul unei ramuri este egal cu suma potenialelor de-a lungul acestei ramuri datorate fiecrui generator considerat ca acionnd separat, cu toate celelalte generatoare nlocuite prin admitanele lor interne.

Teorema lui Thvenin (teorema generatorului echivalent de tensiune, teorema lui Helmholz-Thvenin) arat c orice reea de generatoare i impedane, cu dou terminale, poate fi nlocuit printr-un "unic generator de tensiune n serie cu o singur impedan". In figura 1.2. reeaua este prezentat ca o "cutie" cu dou terminale, n partea stng, iar circuitul echivalent alctuit din generatorul unic de tensiune V i impedana Zin n partea dreapt (tot cu dou terminale).

Componentele circuitului echivalent pot fi calculate dup cum urmeaz:

- generatorul de tensiune V are valoarea egal cu tensiunea msurat la bornele reelei cnd nu este conectat nici o sarcin (tensiune de mers n gol);

- impedana Zin este impedana msurat ntre terminale cnd toate generatoarele interne sunt suprimate i nlocuite cu impedanele lor interne.

Teorema lui Norton (teorema generatorului echivalent de curent) este similar cu teorema lui Helmholz-Thvenin cu excepia c circuitul echivalent este exprimat ca un generator de curent n paralel cu o admitan. n figura 1.3 reeaua este prezentat ca o cutie cu dou terminale avnd n dreapta sa circuitul echivalent Norton.

Componentele circuitului echivalent pot fi calculate dup cum urmeaz:

- Isc este curentul care ar strbate un "scurtcircuit" plasat ntre terminale;

- Yin este admitana msurat ntre terminale cu toate generatoarele suprimate (Yin este bineneles inversul impedanei Zin echivalente din cazul teoremei lui Helmholz-Thvenin).

EMBED Word.Picture.8

_1047562083.doc

12V

5

2

6V

I

1

I

2

Fig. 1.1. Aplicaie pentru utilizarea

teoremei superpoziiei

Z

in

V

Fig. 1.2. Circuit echivalent

pentru teorema lui Thvenin

I

sc

Y

in

Fig. 1.3. Circuit echivalent

pentru teorema lui Norton

I