Învăţământul profesional şi tehnic în domeniul...

Învăţământul profesional şi tehnic în domeniul TICProiect cofinanţat din Fondul Social European în cadrul POS DRU 2007-2013Beneficiar – Centrul Naţional de Dezvoltare a Învăţământului Profesional şi Tehnic

str. Spiru Haret nr. 10-12, sector 1, Bucureşti-010176, tel. 021-3111162, fax. 021-3125498, [email protected]

Circuite electronice în tehnica de calculMaterial de predare – partea I

Domeniul: InformaticăCalificarea: Tehnician echipamente de calcul

Nivel 3 avansat

2009

mailto:[email protected]

AUTOR:MIHAIELA ABRAHAM – profesor grad didactic I, Grup Şcolar Tehnic

Baia Mare

COORDONATOR:

SIDOR COSTINAŞI - Prof. drd ,Colegiul Tehnic “INFOEL” Bistriţa

CONSULTANŢĂ:

IOANA CÎRSTEA – expert CNDIPT

ZOICA VLĂDUŢ – expert CNDIPT

ANGELA POPESCU – expert CNDIPT

DANA STROIE – expert CNDIPT

Acest material a fost elaborat în cadrul proiectului Învăţământul profesional şi tehnic în domeniul TIC, proiect cofinanţat din Fondul Social European în cadrul POS DRU 2007-2013

2

Cuprins

I. Introducere...................................................................................................................................5II. Documente necesare pentru activitatea de predare.....................................................................8III. Resurse.......................................................................................................................................9

Tema 1. Componente pasive de circuit....................................................................................9Fişa suport 1.1. Rezistoare......................................................................................................9

Tema 1. Componente pasive de circuit..................................................................................14Fişa suport 1.2. Condensatoare.............................................................................................14

Tema 1. Componente pasive de circuit..................................................................................18Fişa suport 1.3. Bobine..........................................................................................................18

Tema 1. Componente pasive de circuit..................................................................................20Fişa suport 1.4. Transformatoare...........................................................................................20

Tema 2. Componente active de circuit..................................................................................23Fişa suport 2.1. Diode............................................................................................................23

Tema 2. Componente active de circuit..................................................................................28Fişa suport 2.2 Tranzistoare.................................................................................................28

Tema 3 – Circuite cu componente electronice analogice..........................................................33Fişa suport 3.1. Redresoare....................................................................................................33

Tema 3 – Circuite cu componente electronice analogice..........................................................38Fişa suport 3.2. Stabilizatoare................................................................................................38

Tema 3 – Circuite cu componente electronice analogice..........................................................41Fişa suport 3.3. Amplificatoare.............................................................................................41

Tema 3 – Circuite cu componente electronice analogice..........................................................43Fişa suport 3.4. Circuite pentru impulsuri.............................................................................43

Tema 3 – Circuite cu componente electronice analogice..........................................................45Fişa suport 3.5. Circuite basculante.......................................................................................45

Tema 3 – Circuite cu componente electronice analogice..........................................................48Fişa suport 3.6. Modulatoare, demodulatoare.......................................................................48

Tema 4. Circuite integrate analogice.........................................................................................50Fişa suport 4.1. Amplificatoare operaţionale.........................................................................50

Tema 4. Circuite integrate analogice.........................................................................................54Fişa suport 4.2 Stabilizatoare de tensiune integrate...............................................................54

Tema 4. Circuite integrate analogice.........................................................................................57Fişa suport 4.3 Temporizatoare............................................................................................57

Tema 5. Norme de tehnica şi securitatea muncii.......................................................................60Fişa suport 5.1 Norme specifice în laboratorul de electronică............................................60

Avantajele protecţiei împotriva descărcării electrostatice:.......................................62Tema 6. Defectele frecvente ale montajelor electronice utilizate în tehnica de calcul..............64

Fişa suport 6.1 Întreruperi de circuit, defecte de alimentare, depăşirea parametrilor standard la sursele de alimentare..........................................................................................................64

IV. Bibliografie..............................................................................................................................68

Semnificaţia semnelor grafice utilizate

Atenţie! Informaţie importantă

Atenţie! Este interzis să

...

Definiţie Listă de verificare;

Paşi de urmat

Criterii de apreciere / verificare

4

I. IntroducereMaterialele de predare reprezintă o resursă – suport pentru activitatea de predare, instrumente auxiliare care includ un mesaj sau o informaţie didactică.

Prezentul material de predare, se adresează cadrelor didactice care predau în cadrul şcolilor postliceale, domeniul Informatică, calificarea Tehnician echipamente de calcul.

El a fost elaborat pentru modulul Circuite electronice în tehnica de calcul, ce se desfăşoară în 90 ore, din care 45 ore laborator tehnologic.

Competenţe / rezultate ale

învăţăriiTeme

Fişe suport

Identifică circuitele cu componente electronice analogice

Tema 1- Componente pasive de circuit

Fişa suport 1.1. Rezistoare

Fişa suport 1.2. Condensatoare

Fişa suport 1.3. Bobine

Fişa suport 1.4. Transformatoare

Tema 2- Componente active de circuit

Fişa suport 2.1. Diode

Fişa suport 2.2. Tranzistoare

Tema 3- Circuite cu componente electronice analogice

Fişa suport 3.1. Redresoare

Fişa suport 3.2. Stabilizatoare

Fişa suport 3.3. Amplificatoare

Fişa suport 3.4. Circuite pentru impulsuri

Fişa suport 3.5. Circuite basculante


învăţăriiTeme

Fişe suport

Identifică circuitele integrate analogice şi digitale

Tema 4- Circuite integrate analogice

Fişa suport 4.1. Amplificatoare operaţionale

Fişa suport 4.2. Stabilizatoare de tensiune integrate

Fişa suport 4.3. Temporizatoare

Analizează funcţionarea montajelor cu circuite electronice







Fişa suport 3.6. Modulatoare, demodulatoare





Verifică funcţionarea circuitelor cu componente electronice analogice, a circuitelor integrate





6


învăţăriiTeme

Fişe suport

analogice şi a circuitelor integrate digitale







Remediază defectele montajelor cu circuite electronice

Tema 5 - Norme de tehnica şi securitatea muncii

Fişa suport 5.1 Norme specifice în laboratorul de electronică

Tema 6. – Defecte frecvente ale montajelor electronice utilizate în tehnica de calcul

Fişa suport 6.1 Întreruperi de circuit, defecte de alimentare, depăşirea parametrilor standard la sursele de alimentare

Absolvenţii nivelului 3 avansat, şcoală postliceală, calificarea Tehnician echipamente de calcul, vor fi capabili să îndeplinească sarcini cu caracter tehnic de montaj, punere în funcţiune, întreţinere, exploatare şi reparare a echipamentelor de calcul.

7

II. Documente necesare pentru activitatea de predarePentru predarea conţinuturilor abordate în contextul materialului de predare, cadrul

didactic are obligaţia de a studia următoarele documente:

Standardul de Pregătire Profesională pentru calificarea Tehnician echipamente de calcul, nivelul 3 avansat – www.tvet.ro, secţiunea SPP sau www.edu.ro , secţiunea învăţământ preuniversitar

Curriculum pentru calificarea Tehnician echipamente de calcul, nivelul 3 avansat – www.tvet.ro, secţiunea Curriculum sau www.edu.ro , secţiunea învăţământ preuniversitar

Alte surse pot fi:

8

http://www.edu.ro/

http://www.tvet.ro/

http://www.edu.ro/

http://www.tvet.ro/

III. Resurse

Tema 1. Componente pasive de circuit

Fişa suport 1.1. Rezistoare

Ce?

Componentele pasive sunt elemente disipative (consumă putere activă şi o transformă în căldură) şi nu pot controla fluxul de energie dintr-un circuit electric. Exemplu: rezistoare, condensatoare, bobine de inductanţă, transformatoare . Circuitele formate numai din componente pasive nu pot efectua cea mai importantă funcţie electronică: amplificarea.

Rezistorul este o piesă componentă din circuitele electrice şi electronice a cărei principală proprietate este rezistenţa electrică ( proprietatea de a se opune trecerii curentului electric).

Tipuri

Rezistoarele sunt de forme şi dimensiuni variate, putând fi clasificate după mai multe criterii.

În funcţie de tipul constructiv: - fixe

- variabile – potenţiometre

- semireglabile

În funcţie de intensitatea curenţilor care le străbat:

pentru curenţi slabi: - liniare – peliculare

- bobinate

- de volum

- neliniare – termistoare

- varistoare

- fotorezistenţe

După modul de marcare: - în clar

- în codul culorilor

Simbolizarea

Rezistoarele sunt reprezentate convenţional printr-o serie de simboluri, ce ilustrează tipul acestora.

a: rezistor,semn general

b: rezistor,semn tolerat

c: rezistor, semn nestandardizat

d: rezistor cu rezistenţă variabilă

e: rezistor cu contact mobil

f: rezistor cu contact mobil cu

poziţie de întrerupere

g: potenţiometru cu contact mobil

h: potenţiometru cu contact mobil, semn general

i: potenţiometru cu ajustare predeterminată

j: rezistenţă cu două prize fixe

k: şunt Fig. 1.1.1

l: element de încălzire

m: rezistor cu rezistenţă neliniară dependentă de temperatură (termistor)

n: rezistor cu rezistenţă neliniară dependentă de temperatură, semn tolerat (termistor)

o: rezistor cu rezistenţă neliniară dependentă de tensiune (varistor)

p: rezistor cu rezistenţă neliniară dependentă de tensiune, semn tolerat (varistor)

10

Marcare

Indiferent de modalitatea de marcare, pe orice tip de rezistor se trece obligatoriu:

o Rezistenţa nominală, Rn, cu unitatea ei de masură

o Toleranţa valorii nominale în %

Marcarea poate fi realizată prin:

Codul în clar, sau codul de litere şi cifre, care cuprinde trei sau patru caractere, în funcţie de numărul cifrelor semnificative ce trebuie marcate pe rezistoare. Literele codului înlocuiesc virgula zecimală. La marcarea rezistoarelor se folosesc literele R, K, M, G, T, pentru a reprezenta coeficienţii de multiplicare, conform tabelului 1.1.1

Tab.1.1.1.

Litera R K M G T

Coeficient de multiplicare 1 103 106 109 1012

Iar pentru marcarea toleranţelor, corespondenţa din tabelul 1.1.2

Tab. 1.1.2

Litera B C D F G J K M N

Toleranţa % ±0,1 ±0,25 ±0,5 ±1 ±2 ±5 ±10 ±20 ±30

Codul de culori cuprinde benzi, inele colorate, pe corpul rezistorului, având următoarea semnificaţie:

marcarea cu cinci benzi colorate: marcarea cu patru benzi colorate:

Fig. 1.1.2 Fig.1.1.3

- primele trei culori indică primele - primele două culori indică primele

trei cifre semnificative; două cifre semnificative;

- a patra culoare indică - a treia culoare indică coeficientul de

11

coeficientul de multiplicare; multiplicare;

- a cincea culoare, toleranţa; - a patra culoare, toleranţa

- pentru toleranţa de 20%, există doar trei, respectiv patru inele colorate pe corpul rezistorului;

- citirea se face începând cu banda cea mai apropiată de unul dintre terminale;

Tab. 1.1.3 Codul culorilor pentru rezistoare:

Culoare

Arg

intiu

Aur

iu

Neg

ru

Mar

o

Roş

u

Por

toca

liu

Gal

ben

Ver

de

Alb

astru

Vio

let

Gri

Alb

Val

oare

Prima,

a doua şi a treia cifră semnificativă

-

-

-

0

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

7

7

8

8

9

9

Multiplicator 10-2 10-1 1 10 102 103 104 105 106 107 108 109

Toleranţă( % ) ±10 ± 5 ± 1 ± 2 fără culoare ± 20

Parametri

Principalii parametrii ce caracterizează un rezistor sunt :

- rezistenţa nominală – Rn - este valoarea în ohmi , pentru care a fost construit rezistorul, măsurată la 200 C;

- toleranta - t - exprimată în procente, reprezintă abaterea maximă admisibilă a valorii reale a rezistenţei, faţă de valoarea nominală Rn;

- tensiunea nominală – Un - exprimată în volţi, reprezintă tensiunea electrică maximă ce se poate aplica rezistorului în regim de funcţionare îndelungată, fără a-i modifica caracteristicile.

Caracteristici

1. Rezistoarele sunt elemente de circuit cu două borne ( dipoli ), care respectă legea lui Ohm.

12

2. Pentru regimul de curent continuu, tensiunea la bornele rezistorului este direct proporţională cu intensitatea curentului prin acel rezistor:

U= f (I),

caracteristică statică care defineşte caracterul de element liniar al rezistorului.

3. Pentru regimul de curent alternativ, curentul la un moment, depinde numai de tensiunea la momentul respectiv:

u(t)=Ri(t),

ceea ce înseamnă că rezistorul este un element de circuit fără memorie.

4. Rezistenţa R, fiind o constantă pozitivă, tensiunea şi curentul au în orice moment acelaşi semn. În consecinţă, rezistorul este un consumator de energie.

Sugestii metodologice

Unde?

Conţinutul poate fi predat în: - sala de clasă - laboratorul de electronică

Cum?

Se poate folosi observarea dirijată, demonstraţia , experimentul;

Se pot aplica activităţi interactive de identificare a tipurilor de rezistori ;

Clasa poate fi organizată: frontal sau pe grupe

Cu ce?

Ca materiale suport se pot utiliza:

tipuri de rezistori; prezentare multimedia, care să cuprindă:codul colorilor, tipuri de

rezistori, reprezentări convenţionale pentru rezistori, codificări literare pentru coeficienţii de multiplicare şi toleranţe

fişe de lucru videoproiector flipchart

Ca probe de evaluare se pot folosi: Probe orale şi practice

13


Fişa suport 1.2. Condensatoare

Ce?

Condensatorul reprezintă o componentă pasivă de circuit, caracterizată prin proprietatea , numită capacitate, de-a înmagazina o cantitate de electricitate, când i se aplică o tensiune la borne. Este format din două suprafeţe metalice, numite armături, separate printr-un material izolator, numit dielectric.

Tipuri

Condensatoarele se pot clasifica după următoarele criterii:

După natura dielectricului - gazos

- solid

- lichid

După tipul constructiv:

- fixe

- semireglabile

- variabile

După domeniul frecvenţelor de lucru:

- pentru curent continuu ( f=0)

- pentru frecvenţe joase: 30 – 20kHz

- pentru frecvenţe înalte: 0,1 – 100 MHz

- pentru regim de impulsuri: f > 108 Hz

După tensiunea nominală:

- de joasă tensiune – sub 100 V

- de înaltă tensiune – peste 100 V

După material : - în carcasă de material plastic

- în carcasă metalică

- ceramice

14

Simboluri

a. condensator(în general)

b. condensator(în general), simbol tolerat

c. condensator de trecere

d. condensator de trecere, simbol tolerat

e. condensator de trecere, simbol nestandardizat

f. condensator electrolitic

g. condensator electrolitic , simbol tolerat Fig. 1.2.1.

h. condensator electrolitic, simbol nestandardizat

i. condensator variabil

j. condensator variabil, simbol tolerat

k. condensator semireglabil, semiajustabil, trimer

l. condensator semireglabil, semiajustabil, trimer, simbol tolerat

Marcare

Condensatoarele pot fi marcate :

1. în clar, cunoscându-se în acest caz:

- valoarea nominală şi unitatea de măsură

- tensiunea nominală

- coeficientul de temperatură

- polaritatea (dacă este cazul)

2. în codul culorilor: notarea se face începând cu extremitatea mai apropiată de terminalele condensatorului plachetă, sau de la inelul, banda mai groasă, pentru condensatorul tubular. Semnificaţia benzilor colorate este în acest sens (fig.1.2.2):

- prima culoare – coeficient de variaţie cu temperatura (1)

- a doua şi a treia culoare – primele cifre semnificative ale capacităţii (2,3)

15

- a patra culoare – coeficient de multiplicare (4)

- a cincea culoare – toleranţa (5)

Fig.1.2.2.

Semnificaţia culorilor este precizată în tabelul 1.2.1:

Tab.1.2.1

Neg

ru

Mar

o

Roş

u

Por

toca

liu

Gal

ben

Ver

de

Alb

astru

Vio

let

Gri

Alb

Aur

iu

Coeficient de variaţie cu temperatura

(ppm/0C)

0 -33 -75 -150 -220 -330 -470 -750 - +120 +100

Valoarea

capacităţii

Prima cifră semnificativă

1 2 3 4 5 6 7 8 9 -

A doua cifră semnificativă

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 -

Coeficient de multiplicare

1 10 102 103 104 105 10-2 10-1 -

Toleranţa c>10pF 20 1 2 2,5 100 5 - - - 10 -

c<10pF 2 0,1 0,25 - - 0,5 - - 0,25 1 -

Parametri

Principalii parametrii electrici ai condensatoarelor sunt:

- capacitatea nominală – Cn- valoarea pentru care a fost construit condensatorul – exprimată în farazi;

- tensiunea nominală – Un – este tensiunea continuă maximă, sau tensiunea alternativă eficace maximă ce poate fi aplicată la bornele condensatorului timp îndelungat la temperatura maximă de funcţionare ;

16

- tensiunea de străpungere – Ustr – reprezintă valoarea tensiunii la care dielectricul îşi pierde proprietăţile izolante;

- reactanţa capacitivă – XC - mărime caracteristică condensatorului în curent alternativ, de natura unei rezistenţe, măsurate în ohmi

Xc =

Caracteristici

1. În curent continuu, condensatorul constituie un element de blocare a curentului. Aplicând o tensiune continuă la bornele condensatorului, datorită proprietăţilor de izolant ale dielectricului, prin circuit nu apare curent.

2. Dacă unui condensator ideal i se aplică la borne o tensiune alternativă, în circuit apare un curent alternativ defazat cu 900 în faţa tensiunii.


Unde?

Conţinutul poate fi predat în: - sala de clasă - laboratorul de electronică.Cum?

Se poate folosi observarea dirijată, demonstraţia , experimentul;

Se pot aplica activităţi interactive de identificare a tipurilor de condensatoare ;

Clasa poate fi organizată: - frontal sau pe grupe. Cu ce?


tipuri de condensatoare; prezentare multimedia, care să cuprindă: codul colorilor, tipuri de

condensatoare, reprezentări convenţionale pentru condensatoare; fişe de lucru; videoproiector sau flipchart.

Ca probe de evaluare se pot folosi:

Probe orale şi practice

C1

17


Fişa suport 1.3. Bobine

Ce?

Bobina reprezintă un conductor electric astfel înfăşurat încât să formeze una sau mai multe spire.

Tipuri

Bobinele pot fi clasificate după mai multe criterii:

După domeniul de utilizare:

- pentru curenţi slabi

- pentru curenţi tari

- de inducţie

După construcţie:

- fără carcasă

- cu carcasă

După formă:

- cilindrice

- paralelipipedice

- toroidale

După frecvenţa de utilizare:

- de joasă frecvenţă

- de înaltă frecvenţă ( radiofrecvenţă)

- de audiofrecvenţă

Simboluri

18

I

Parametri

- Inductivitatea – L - reprezintă mărimea specifică a unei bobine, definită prin proprietatea acesteia de a se opune oricărei variaţii a curentului electric ce-o străbate. Fiind o mărime care caracterizează producerea fluxului de inducţie electromagnetică într-un circuit, se poate exprima ca raportul dintre variaţia fluxului magnetic Φ şi variaţia intensităţii curentului electric ce l-a provocat:

L =

se măsoară în SI în Henry ( H );

a). Dacă fluxul este produs de curentul electric ce străbate circuitul considerat, inductivitatea se numeşte proprie, dacă fluxul este produs de un alt circuit, inductivitatea se numeşte mutuală.

b). Bobinele fără miez, sau cu miez din material neferomagnetic au inductanţe scăzute, iar bobinele cu miez din material feromagnetic, au inductanţe mari.

- Reactanţa inductivă - XL - se manifestă numai în curent alternativ, are semnificaţia de rezistenţă, se măsoară în ohmi.

XL= ωL

Caracteristici

1.În curent alternativ, datorită fenomenului de autoinducţie, la aplicarea unei tensiuni la bornele unei bobine ideale, curentul prin bobină prezintă o întârziere, ceea ce face ca tensiunea să fie defazată cu 900 în faţa curentului.

2.În curent alternativ, bobina prezintă o rezistenţă mult mai mare decât în curent continuu.

3. O bobină este cu atât mai bună cu cât puterea de pierderi ( P) este mai mică în comparaţie cu cea reactivă( Pr), raportul acestora determinând factorul de calitate al bobinei ( QL)

QL = =

4. Bobina este un acumulator de energie magnetică ( WL), energie care datorită dependenţei de curentul electric , este de tip cinetic.

WL = LI2

19


Fişa suport 1.4. Transformatoare

Ce?

Două sau mai multe bobine cuplate, amplasate pe acelaşi miez magnetic, formează un transformator. Rolul transformatorului este de a transfera tensiunea şi curentul alternativ dintr-o bobină ( numită primar), în altă bobină ( numită secundar), prin intermediul câmpului magnetic, fără o pierdere importantă de energie.

Tipuri

Cele mai semnificative transformatoare utilizate în electronică se pot clasifica în funcţie de destinaţie, astfel:

Transformatoare de alimentare, în general la frecvenţa reţelei 50 Hz;

Transformatoare de semnal de radiofrecvenţă, frecvenţe înalte, folosite în radiocomunicaţii;

Transformatoare de semnal de audiofrecvenţă, joasă frecvenţă, utilizate pentru:

- adaptarea impedanţelor sau nivelelor tensiune / curent;

- cuplarea etajelor de amplificare;

- izolarea galvanică în curent continuu a unor circuite;

- trecerea frecvenţei din banda de lucru a amplificatorului, fără a se produce distorsiuni.

Simbol

20

Parametri

- raportul de transformare al transformatorului – n -

n = = = , unde

n1 = numărul de spire din primar

n2 = numărul de spire din secundar

U1 = tensiunea la bornele primarului

U2 = tensiunea la bornele secundarului

I1 = intensitatea curentului din primar

I2 = intensitatea curentului din secundar

Raportul de transformare poate fi supraunitar, pentru transformatorul coborâtor

n > 1; U2 < U1;

sau subunitar pentru transformatorul ridicător

n < 1; U2 > U1

- puterea transformatorului – P - exprimată în waţi.

La transformatorul ideal, puterea din primar se transferă integral în secundar. La transformatorul real, datorită pierderilor în rezistenţele înfăşurărilor şi în miez, puterea obţinută în secundar este mai mică decât cea din primar.


Transformatorul fiind una dintre cele mai folosite aplicaţii ale bobinelor, se pot considera sugestiile metodologice comune pentru fişele suport 1.3 şi 1.4

21

Unde?

Conţinutul poate fi predat în: - sala de clasă, - laboratorul de electronică.

Cum?

Se poate folosi observarea dirijată, demonstraţia ;

Se pot aplica activităţi de tip rebus cu noţiunile învăţate ;

Clasa poate fi organizată:

frontal sau pe grupe.

Cu ce?


tipuri de bobine; tipuri de transformatoare; prezentare multimedia, care să cuprindă: tipuri de bobine şi

transformatoare, circuite echivalente ale bobinelor; videoproiector sau flipchart



22

Tema 2. Componente active de circuit

Fişa suport 2.1. Diode

Ce?

Dacă într-un acelaşi cristal se creează prin impurificare, de-o parte şi de alta , a unei suprafeţe de separaţie, două regiuni de tip opus, una p şi cealaltă n, se spune că am realizat o joncţiune pn.

O diodă semiconductoare este formată dintr-o joncţiune pn, la extremităţile căreia sunt fixate conductoare de legătură, prin intermediul contactelor ohmice

Terminalul ataşat regiunii p se numeşte anod, iar cel ataşat regiunii n se numeşte catod.

Fig.2.1.1.

Tipuri

După utilizarea lor în practică, diodele semiconductoare pot fi:

redresoare

stabilizatoare

cu contact punctiform

varicap

tunel

1. Diode redresoare

Folosesc proprietatea joncţiunii pn care permite trecerea unui curent electric semnificativ, numai atunci când sunt polarizate direct ( potenţialul anodului este mai mare decât potenţialul catodului, cel puţin cu valoarea potenţialului de barieră ); la polarizare inversă ele se “blochează”.

A K ( C)

23

Această operaţie prin care se transformă un semnal alternativ într-un semnal continuu, poartă numele de redresare.

Parametri

- tensiune continuă directă – UF

- tensiune inversă de vârf repetitivă – URRM

- curent direct continuu – IF

- curent mediu redresat – I0

- curent direct de vârf repetitiv – IFRM

- tensiune de deschidere, de prag

0,2 V ÷ 0,4 V – pentru diodele cu Ge

0,4 V ÷ 0,7 V – pentru diodele cu Si

2. Diode stabilizatoare ( diode Zener )

Lucrează în regim de străpungere controlată, în care atât curentul cât şi puterea disipată sunt menţinute de circuitul exterior la valori acceptabile, pe care dioda le poate suporta în regim permanent fără să se distrugă.

Aceste diode se bazează pe proprietatea joncţiunii pn de a avea în regim de străpungere o tensiune la borne practic constantă, într-un domeniu larg de variaţie a curentului invers.

Parametri

- tensiune de stabilizare – UZ

- curent invers maxim – IZ

3. Diode cu contact punctiform

Sunt diode utilizate în domeniul frecvenţelor înalte şi foarte înalte, domeniu în care dioda cu joncţiuni nu poate fi folosită. Ele sunt folosite ca detectoare şi schimbătoare de frecvenţă, iar în regimul de impulsuri ca diode de comutaţie.

Parametri

24

- tensiune continuă inversă – URM

- curent continuu direct – IF

- tensiune continuă directă – UF

- curent mediu redresat – I0

4. Diode varicap ( varactoare)

Sunt diode cu joncţiuni ce funcţionează în regim de polarizare inversă până la valoarea de străpungere.

Utilizează proprietatea joncţiunii pn de a se comporta ca o capacitate dependentă de tensiunea continuă de polarizare inversă.

Parametri

- tensiune inversă de vârf – UR

- curent continuu invers – IR

5. Diode tunel

Sunt diode cu joncţiuni dar cu o lăţime a zonei de trecere mult mai mică, a căror funcţionare se bazează pe “efectul tunel”. Datorită acestui efect, electronii pot învinge bariera de potenţial, reprezentată de regiunea de trecere, chiar în absenţa unei energii corespunzătoare. Apare astfel un curent prin diodă, numit curent tunel, important atât la polarizare inversă cât şi la valori mici ale polarizării directe.

Simboluri

Tab. 2.1.1

Simbol standardizat Simbol nestandardizat

25

Tipuri de diode

Dioda redresoare

Dioda stabilizatoare

Dioda varicap

Dioda cu contact punctiform

Dioda tunel

Marcare

1. Pentru marcarea diodelor se practică desenarea unei benzi colorate pe corpul diodei, în apropierea unui terminal, ce indică catodul acesteia. Nu există norme internaţionale care să reglementeze codificarea dispozitivelor semiconductoare, aceasta revenind firmelor producătoare care utilizează coduri specifice lor.

2. Diodele cu contact punctiform sunt marcate prin aplicarea unor inele colorate pe corpul componentei. Citirea începe cu inelul cel mai apropiat de terminal.


Unde?

Conţinutul poate fi predat în :- sala de clasă - laboratorul de electronică.

Cum?

Se poate folosi observarea dirijată, descoperirea, demonstraţia

Se pot aplica activităţi de tip rebus cu noţiunile învăţate

Se pot aplica lecţii de laborator cu tema: “Identificarea tipurilor de diode şi verificarea acestora”



26

Cu ce?


tipuri de diode; prezentare multimedia, care să cuprindă: tipuri de diode, marcarea şi

simbolizarea lor, parametrii caracteristici şi limitele lor admisibile; fişe de laborator; videoproiector sau flipchart.



27

Tema 2. Componente active de circuit

Fişa suport 2.2 Tranzistoare

Ce?

Tranzistoarele reprezintă dispozitive semiconductoare capabile să îndeplinească condiţiile necesare amplificării în condiţii de polarizare optimă.

Tipuri

În funcţie de modul de funcţionare, se pot împărţii în două mari categorii:

Tranzistoare bipolare – la care curentul principal este format din ambele feluri de purtători de sarcină electrică specifice semiconductorilor

Tranzistoare unipolare – la care curentul principal este format dintr-un singur fel de purtători de sarcină

1. ) Tranzistoare bipolare

Sunt formate dintr-un monocristal de germaniu sau siliciu, în care se realizează prin impurificare, trei regiuni, alternativ dopate, despărţite prin două suprafeţe de separaţie. Regiunile de la extremităţi au acelaşi tip de conductibilitate şi se numesc emitor respectiv colector. Regiunea centrală are o conductibilitate opusă faţă de extremităţi şi se numeşte bază.

În funcţie de doparea regiunilor ce formează tranzistorul, se cunosc:

Tranzistoare pnp - emitorul şi colectorul de tip p

- baza de tip n

Tranzistoare npn - emitorul şi colectorul de tip n

- baza de tip p

Simboluri

Tranzistor npn Tranzistor pnp

28

Fig. 2.2.1.

Marcare

Există trei modalităţi de marcare a tranzistorilor:

a). folosind două litere şi trei cifre – se aplică tranzistoarelor din domeniu audio - video

Prima literă se referă la materialul din care este confecţionat tranzistorul şi poate fi : A – pentru germaniu, sau B – pentru siliciu;

A doua literă reprezintă domeniul de utilizare: C – tranzistor de putere mică de joasă frecvenţă; D - tranzistor de putere mare de joasă frecvenţă; F – tranzistor de putere mică de înaltă frevenţă;

Cifrele identifică un tip particular de tranzistor, fără a avea însă o logică universal valabilă în alegerea lor.

b). marcarea care începe cu 2N – este formată din : cifră, literă, patru cifre

2 – simbol pentru tranzistor

N – simbol pentru siliciu

c). cod format din trei litere şi două cifre – nu există o regulă generală de identificare a literelor. Se aplică tranzistoarelor utilizate în aplicaţii speciale.

Parametri

Cei mai importanţi parametrii ai unui tranzistor, a căror depăşire poate duce la distrugerea acestuia, sunt:

- temperatura joncţiunii - TF

- putere totală disipată - PD

- curent de colector - IC

- factor de amplificare în curent - hFE

- tensiune de saturaţie colector – emitor - UCEsat

- frecvenţa de tăiere - fT

2. ) Tranzitoare unipolare ( cu efect de câmp)

Funcţionarea lor se bazează pe variaţia rezistenţei unui strat de material semiconductor, prin care curentul este obligat să circule, cu ajutorul unui câmp electric

29

produs de semnalul de comandă. Variaţia rezistenţei determină variaţia curentului care trece prin tranzistor.

Tipuri

Există trei tipuri de tranzistoare cu efect de câmp ( TEC ):

tranzistoare cu efect de câmp cu joncţiune - TEC – J

tranzistoare cu efect de câmp cu structură de metal–oxid –semiconductor – MOS

tranzistoare cu pături subţiri

a) Tranzistoare cu efect de câmp cu joncţiune - TEC – J

Tranzistorul TEC –J, este format dintr-un bloc semiconductor, de tip p sau n, la extremităţile căruia se depun două contacte ohmice numite: sursă (S), respectiv drenă (D).În zona centrală dintre sursă şi drenă se formează prin impurificare o regiune de tip opus blocului semiconductor, numită poartă (P), sau grilă (G) iar de cealaltă parte a blocului semiconductor, se creează o zonă de acelaşi tip cu poarta, numită bază. Canalul conductor este conectat între drenă şi sursă.

Simbol

Fig. 2.2.2.

b) Tranzistoare cu efect de câmp tip MOS

La aceste tranzistoare, canalul conductor se află la suprafaţa semiconductorului de bază iar câmpul electric exterior se aplică pe o armătură metalică care este izolată de suprafaţă. Datorită succesiunii straturilor de metal, oxid de siliciu, semiconductor care formează poarta , tranzistorul se numeşte MOS.

Simbol

30

cu canal de tip p Fig.2.2.3. cu canal de tip n

Parametri

Caracteristic pentru TEC – uri,considerând aici şi TEC-J şi TEC-MOS sunt mărimile:

- tensiune de poartă - Ep – tensiunea dintre poartă şi sursă

- curent de drenă - ID

- impedanţa de intrare

Asemănări între TEC-J şi TEC-MOS:

ambele sunt comandate în tensiune

curentul de intrare mic ( 10-9 ÷ 10-12 A laTEC –J şi 10-12 A la TEC - MOS)

impedanţa de intrare foarte mare ( 1012 ÷ 1018 Ω la MOS )

frecvenţe de lucru foarte mari ( 107 ÷ 108 Hz )


Unde?


Cum?

Se poate folosi observarea dirijată, demonstraţia, problematizarea

Se pot aplica activităţi de tip rebus cu noţiunile învăţate, de identificare de componente

Se pot aplica lecţii de laborator cu tema: “Identificarea terminalelor şi a tipului de tranzistor”


frontal sau pe grupe

Cu ce?

31


tipuri de tranzistoare;

prezentare multimedia, care să cuprindă: tipuri de tranzistoare, marcarea şi simbolizarea lor, parametrii caracteristici şi limitele lor admisibile.

un Studiu de caz cu tema : “Utilizând un catalog de tranzistoare, alege un tranzistor bipolar, pentru care să întocmeşti o foaie simplificată de catalog.”

fişe de laborator

videoproiector sau flipchart



32

Tema 3 – Circuite cu componente electronice analogice


Redresoarele sunt circuite electronice capabile să transforme energia electrică de curent alternativ în energie electrică de curent continuu.

Schema bloc a unui redresor conţine următoarele elemente:

Fig. 3.1.1.

TR – transformatorul de reţea, cu ajutorul căruia se modifică valoarea tensiunii de alimentare, obţinându-se în secundar valoarea tensiunii altenative ce trebuie redresată;

R – elementul redresor, cu proprietăţi de conducţie unilaterală, care transformă tensiunea alternativă într-o tensiune pulsatorie de aceeaşi polaritate;

F – filtru de netezire, care micşorează pulsaţiile tensiunii redresate, obţinând o tensiune apropiată ca formă, de cea continuă.

Clasificarea redresoarelor

Se pot clasifica după mai multe criterii:

După tipul tensiunii alternative redresate ( număr de faze ):

- monofazate

- polifazate

33

După numărul de alternanţe ale curentului alternativ pe care le redresează:

- monoalternanţă

- bialternanţă

După posibilitatea controlului asupra tensiunii redresate:

- necomandate

- comandate ( reglabile )

După natura sarcinii:

- cu sarcină rezistivă – R

- cu sarcină inductivă – RL

- cu sarcină capacitivă – RC

Identificarea redresoarelor după schema electronică şi forma de undă

Tab. 3.1,1

Tipul constructiv Schema electronică Forma de undă a tensiunii

monofazat monoalternanţă

monofazat

dublă alternanţă cu priză mediană

monofazat

34

dublă alternanţă în

punte

1. Redresor monofazat monoalternanţă

Funcţionare

La aplicarea unei tensiuni alternative în primarul transformatorului, ia naştere în secundarul acestuia o tensiune alternativă modificată, ce se aplică pe anodul diodei redresoare. Pe durata alternanţelor pozitive dioda conduce, apare în circuit un curent proporţional cu tensiunea aplicată. Pe durata alternanţelor negative, dioda este blocată, curentul prin circuit fiind zero. Curentul prin sarcină circulă într-un singur sens, sub forma unui curent pulsatoriu.

Tensiunea la bornele sarcinii, us, are expresia:

us = Usm sinωt, în intervalele în care dioda conduce, 0< t < ;

componenta continuă a tensiunii redresate U0

U0 = ≈ 0,45 Us

şi us = 0 ; în intervalele în care dioda este blocată.

Parametri

- tensiunea redresată - Pentru a aprecia cât de apropiată este forma tensiunii redresate de forma tensiunii continue , se defineşte factorul de ondulaţie ca raportul dintre amplitudinea componentei fundamentale (tensiunea din primar) şi amplitudinea componentei continue.

Pentru redresorul monofazat monoalternanţă, valoarea factorului de ondulaţie este 1,57, apreciindu-se că forma tensiunii redresate nu este mulţumitoare (pentru un redresor ideal factorul de ondulaţie este zero).

- randamentul redresorului- -, definit ca raportul dintre puterea utilă de curent continuu furnizată în sarcină şi puterea consumată, absorbită de la reţea.

În cazul acestui redresor randamentul este de 0,4 ( 40% )

2. Redresor monofazat dublă alternanţă cu priză mediană

35

Funcţionare

Transformatorul din schema redresorului are două înfăşurări secundare identice legate astfel încât tensiunile la bornele lor variază în antifază. Există astfel posibilitatea ca o diodă să fie polarizată direct , determinând apariţia curentului în circuit, în timp ce cealaltă diodă este blocată. La schimbarea polarităţii alimentării, funcţionarea diodelor se inversează. Cea care a condus, se blochează, iar cea care a fost blocată, conduce. Curentul ce apare în circuit în acest caz, coincide ca sens, cu cel din alternanţa anterioară.

Us = Usmax sinωt,

Componenta continuă: U0 =

Parametri

- factorul de ondulaţie devine = 0,67 , forma de undă redresată este mai apropiată de cea continuă;

- randamentul redresorului = 0,8 ( 80 %).

3. Redresor monofazat, dublă alternanţă, în punte

Funcţionare

Puntea este formată din patru diode, alimentarea realizându-se pe o diagonală a punţii, iar tensiunea redresată obţinându-se pe cealaltă diagonală. În timpul aplicării alternanţei pozitive la o extremitate a secundarului transformatorului, conduc diodele aflate pe laturi opuse, care sunt polarizate direct, determinând un curent prin rezistenţa de sarcină, în timp ce celelalte două diode sunt blocate.

La schimbarea alternanţei tensiunii de alimentare, se blochează diodele care au fost în conducţie, deschizându-se acelea care au fost blocate, curentul rezultant având acelaşi sens prin sarcină.

Us = Usmax sinωt,

Componenta continuă: U0 = ≈ 0,9 Us

Randamentul redresorului este de 80%


Unde?

36


Cum?


Se pot aplica activităţi de tip rebus cu noţiunile învăţate, de identificare de redresoare după formele de undă sau după schema electrică

Se pot aplica lecţii de laborator cu tema: “Verificarea funcţionării circuitelor redresoare”



Cu ce?


tipuri de redresoare;

prezentare multimedia, care să cuprindă: tipuri de redresoare în funcţie de sarcini, forme de undă

fişe de laborator




37



Ce?

Stabilizatoarele sunt circuite electronice care se conectează între sursa de alimentare şi consumator, având rolul de a menţine constantă tensiunea sau curentul consumatorului, faţă de variaţiile tensiunii sursei, ale rezistenţei de sarcină sau ale temperaturii mediului.

Fig. 3.2.1.

Tensiunea de ieşire de la bornele rezistenţei de sarcină Us, trebuie menţinută constantă.

Tipuri

Clasificarea stabilizatoarelor folosite în aplicaţiile electronice se face după:

parametrul electric menţinut constant:

- stabilizatoare de tensiune

- stabilizatoare de curent

metoda de stabilizare:

- stabilizatoare parametrice

- stabilizatoare electronice

modul de conectare a elementului de reglaj:

- stabilizatoare de tip derivaţie

- stabilizatoare de tip serie

Parametri

Variaţiile tensiunii de ieşire de la bornele rezistenţei de sarcină, pot apărea datorită variaţiilor tensiunii de intrare (Δ Ua) cât şi datorită variaţiilor rezistenţei de sarcină (Δ Rs), ( fig.3.2.1 ).Se definesc astfel:

38

- factorul de stabilitate în raport cu tensiunea- Fu

- factorul de stabilizare în raport cu rezistenţa de sarcină -FR

Factorul de stabilizare reprezintă raportul dintre variaţia relativă a mărimii care produce nestabilitatea şi variaţia relativă a mărimii de ieşire, atunci când cel de-al doilea parametru de nestabilitate se menţine constant. Cu cât valorile lor sunt mai mari, cu atât calitatea stabilizării este mai bună.

Funcţionarea stabilizatoarelor se bazează pe:

1. comportarea neliniară a unui element ( de exemplu diodă Zener ), care la o variaţie mare a unui parametru ( curent ) menţine constant alt parametru ( tensiunea la bornele diodei).

2. o schemă mai complexă în care, un element activ de circuit ( tranzistor ), numit element regulator, preia variaţiile de tensiune sau de curent ale sarcinii, menţinând constant parametrul de ieşire.

Stabilizatoare parametrice

Circuite stabilizatoare care conţin un element neliniar, caracterizat printr-un parametru variabil cu valoarea curentului ce îl parcurge. Pot fi de tensiune şi de curent.

Stabilizatoarele parametrice de tensiune se pot realiza cu diode Zener.

Fig.3.2.2.

Din caracteristica diodei se poate observa că, la variaţii mari ale curentului de intrare, IZ,

se obţine o variaţie mică a tensiunii la borne.

1. Pentru a obţine tensiuni stabilizate mai mari, pot fi conectate mai multe diode Zener în serie.2. Pentru a mării valoarea factorului de stabilizare se pot folosi mai multe celule dispuse în cascadă.

39


Unde?

Conţinutul poate fi predat în: - sala de clasă - laboratorul de electronică.

Cum?


Se pot aplica activităţi de identificare de stabilizatoare după formele de undă sau după schema electrică



Cu ce?


tipuri de stabilizatoare; prezentare multimedia, care să cuprindă: tipuri de stabilizatoare, scheme

electronice fişe de lucru videoproiector sau flipchart



40



Ce?

Amplificatorul reprezintă un cuadripol activ, prevăzut cu două borne de intrare şi două borne de ieşire, capabil să furnizeze la ieşire semnale electrice de putere mult mai mare decât cele de la intrare, fără a modifica forma semnalului amplificat.

Fig.3.3.1.

Tipuri Un amplificator poate aparţine simultan mai multor criterii de clasificare:

După natura semnalului cu preponderenţă amplificat:- amplificatoare de tensiune- amplificatoare de curent- amplificatoare de putere

După valoarea benzii de frecvenţă a semnalelor amplificate:- amplificatoare de curent continuu- amplificatoare de joasă frecvenţă ( de audiofrecvenţă )- amplificatoare de înaltă frecvenţă ( de radiofrecvenţă)- amplificatoare de foarte înaltă frecvenţă

După lăţimea benzii de frecvenţă amplificată:- amplificatoare de bandă îngustă ( 9 ÷ 30 kHz)- amplificatoare de bandă largă ( de la câţiva Hz, până spre 6 MHz)

Există şi alte criterii de clasificare:tipul elementelor active; tipul cuplajului folosit între etaje; simetria etajului, etc.

ParametriPerformanţele amplificatoarelor se identifică prin:

- amplificare( coeficient de amplificare) , raportul dintre mărimea electrică de la ieşire şi mărimea corespunzătoare de la intrare. Se pot definii:

a. amplificarea în tensiune - Au

b. amplificarea în curent- Ai

c. amplificarea în putere- Ap

- caracteristicile de frecvenţă, reprezintă dependenţele amplificare – frecvenţă şi defazaj - frecvenţăDependenţa amplificare – frecvenţă, poartă denumirea de caracteristică de frecvenţă( fig.3.3.2) Domeniul de Fig.3.3.2.

41

frecvenţă în care amplificarea este aproximativ constantă, se numeşte bandă de trecere. Ea reprezintă intervalul pe axa frecvenţelor în care amplificarea nu scade cu mai mult de 3 dB, faţă de amplificarea de la frecvenţa medie a benzii. Dependenţa defazaj – frecvenţă se numeşte caracteristică de fază. Elementele reactive din amplificator introduc defazaje variabile cu frecvenţa, ceea ce determină distorsiuni de fază.


Unde?


Cum?

Se poate folosi observarea dirijată, demonstraţia.



Cu ce?


prezentare multimedia, care să cuprindă: tipuri de amplificatoare şi forma semnalelor intrare ieşire.




42



Ce?

Sunt circuitele care generează impulsuri sau care acţionează asupra impulsurilor, schimbându-le forma, durata, perioada, poziţia sau alţi parametri. Prin impuls se înţelege o variaţie rapidă de tensiune sau de curent, care durează un timp scurt în comparaţie cu perioada de succesiune a acestor variaţii, precum şi cu procesele tranzitorii pe care acestea le produc în circuite.

Tipuri de impulsuri:

a b c d

Fig.3.4.1.

a – dreptunghiulare

b – trapezoidale

c – în dinte de ferăstrău

d – triunghiulare

Parametri

Cei mai importanţi parametri ai unui impuls sunt:

- amplitudinea impulsului - A -

- perioada de succesiune - T - ( sau frecvenţa f = )

- durata impulsului - -

- coeficient de umplere - Q =

- se mai pot amintii: durata frontului anterior, durata frontului posterior, descreşterea palierului

43

Circuite pentru formarea impulsurilor

Formarea impulsurilor se bazează pe obţinerea unei succesiuni periodice de impulsuri, pornind de la semnale periodice de altă formă ( de regulă sinusoidale ).

1. Circuite de limitare

Furnizează la ieşire o mărime proporţională cu mărimea de la intrare, numai atunci când aceasta se află cuprinsă între anumite limite, numite praguri de limitare.

1. Limitarea se poate aplica oricărei forme de semnal.

2. Circuitele de limitare se realizează cu elemente neliniare: diode semiconductoare sau tranzistoare.

2. Circuite de derivare ( de ascuţire )

Sunt circuite RC folosite pentru obţinerea unor impulsuri de scurtă durată (ascuţite), din impulsuri de durate mari, de regulă impulsuri dreptunghiulare.

Pentru ca la ieşirea circuitului să se obţină impulsuri scurte, este necesar ca încărcarea şi descărcarea condensatorului să se producă într-un interval de timp mai redus decât durata impulsului dreptunghiular aplicat.

3. Circuite de integrare ( de netezire )

Sunt circuite RC folosite pentru obţinerea unor impulsuri cu fronturi modificate faţă de cele ale semnalului de intrare.

Asociind corespunzător cele trei tipuri de circuite pentru formarea impulsurilor : de limitare, de derivare şi de integrare, se pot obţine diverse forme de impulsuri.

44



Ce?

Sunt circuite electronice folosite la generarea impulsurilor, prevăzute cu o buclă de reacţie pozitivă.

Ele prezintă în funcţionare două stări: una de acumulare, în care tensiunile şi curenţii variază foarte lent şi una de basculare, în care au loc variaţii foarte rapide ale tensiunilor şi curenţilor. De obicei durata acestor stări este inegală. Procesul de basculare este un proces cumulativ care se dezvoltă în avalanşă. Amorsarea proceselor de basculare se poate face sau cu semnale de comandă aplicate din exterior, sau în urma unui proces intern de variaţie relativ lentă ( descărcarea unui condensator).

Tipuri

Clasificate după numărul de stări stabile pe care le prezintă, se cunosc:

circuite basculante astabile

circuite basculante monostabile

circuite basculante bistabile

1. Circuite basculante astabile ( multivibratoare)

Se utilizează pentru generarea impulsurilor dreptunghiulare periodice. Semnalul la ieşire apare fără a necesita un semnal de comandă la intrare.

a. Nu prezintă nici o stare stabilă.

b. Trece dintr-o stare în alta fără intervenţia unor impulsuri de comandă exterioară.

c. Perioada semnalelor generate depinde de valorile parametrilor circuitului.

Schema circuitului - funcţionare

Tranzistoarele se află pe rând în regim de conducţie sau de blocare pe anumite intervale de timp, fără intervenţia unor semnale de comandă exterioare. Schema este simetrică, executată cu elemente egale; cele două condensatoare realizând

45

. Fig.3.5.1.

stări instabile. Rezultă o basculare permanentă din starea T1 saturat şi T2 blocat, în starea T1 blocat şi T2 saturat şi invers. Durata basculării este mult mai mică decât durata stărilor instabile. Variaţiile tensiunilor din colectoarele tranzistoarelor pot fi considerate ca impulsuri de formă aproximativ dreptunghiulară.

În mod obişnuit stabilitatea perioadei impulsurilor generate de multivibrator nu este satisfăcătoare, motiv pentru care se realizează sincronizarea prin impulsuri exterioare. Acestea se aplică pe bazele tranzistoarelor prin condensatoare de capacităţi mici, determinând deschiderea tranzistorului mai repede decât în absenţa impulsului şi asigurând şi frecvenţa de lucru necesară.

2. Circuite basculante monostabile

a. Prezintă o singură stare stabilă în care poate rămâne un timp îndelungat.

b. Trec dintr-o stare în altă stare cu ajutorul unui impuls exterior de comandă.

c. Rămân în starea basculată un interval de timp determinat de elementele circuitului, după care revin la starea iniţială.

Schema circuitului - funcţionare

Schema nu mai este simetrică.Baza tranzistorului T2 se polarizează prin legarea lui R3 direct la tensiunea de alimentare. La conectarea acesteia, T2 este saturat şi T1 blocat – stare stabilă.Dacă se aplică impuls negativ în baza lui T2, circuitul basculează: T2 se blochează iar T1 devine saturat. Ca urmare, tensiunea la bornele condensatorului suferă Fig.3.5.2.un salt negativ, cu valoarea aproximativ E.Această stare este însă instabilă deoarece condensatorul se încarcă prin R3, potenţialul bazei lui T2 creşte ducând la deschiderea acestuia, circuitul basculând în starea iniţială, stabilă.

3. Circuite basculante bistabile

Sunt elementele de bază în schemele logice de comandă, numărătoare, registre, circuite de memorizare.

a, Se caracterizează prin două stări stabile, în care pot rămâne un timp îndelungat.

b. Trecerea dintr-o stare în altă stare se face prin aplicarea unui impuls scurt de comandă din exterior.

46

Schema circuitului – funcţionare

În practică, simetria montajului nu este perfectă. La conectarea tensiunii de alimentare, unul dintre tranzistori se va găsi în stare de conducţie, celălalt în stare blocată, stare ce se va menţine şi în continuare – stare stabilă. Dacă tranzistorul T1 este blocat ( de exemplu prin aplicarea unui impuls negativ pe bază sau prin scurtcircuitarea de scurtă durată la masă, a bazei lui T1 sau a colectorului lui T2), curentul în Fig.3.5.3.

baza lui T1 scade brusc, potenţialul colectorului lui creşte brusc, determinând apariţia unui curent în baza lui T2. Acesta trece în conducţie. În acest caz scade potenţialul colectorului lui T2, T1 se menţine în stare blocată, stare care este stabilă. În această stare circuitul poate rămâne un timp oricât de lung. Bascularea apare numai în urma aplicării unui impuls exterior.


Se pot aplica pentru fişele suport 3.4 şi 3.5 circuite de impulsuri , atât pentru formarea cât şi pentru generarea acestora.

Unde?


Cum?

Se poate folosi observarea dirijată, demonstraţia, experimentul, problematizarea.

Clasa poate fi organizată: frontal sau pe grupe.

Cu ce?


prezentare multimedia, care să cuprindă: tipuri de circuite de impulsuri şi forma impulsurilor generate

activitate de laborator : “ Studiul funcţionării circuitelor de impulsuri” fişe de laborator videoproiector sau flipchart


47


48


Fişa suport 3.6. Modulatoare, demodulatoare

Ce?

Procesul modulaţiei constă în modificarea unuia din parametrii unui semnal sinusoidal ( amplitudine, frecvenţă) în funcţie de un semnal util, aleatoriu. Semnalul util este un semnal de audiofrecvenţă ( joasă frecvenţă), denumit şi semnal modulator, iar cel sinusoidal de radiofrecvenţă( înaltă frecvenţă) denumit şi purtătoare.

Un lanţ de transmitere a informaţiei prin semnale modulate, cuprinde: sursa de semnal, traductor electroacustic de emisie, modulator, mediul de transmisie, demodulator, traductor electroacustic de recepţie.

Tipuri

Clasificarea tipurilor de modulaţie se poate face în funcţie de :

Natura agentului purtător:

- oscilaţii sinusoidale

- succesiunile de impulsuri dreptunghiulare

Natura parametrului ce se modifică la agentul purtător:

- amplitudinea ( MA - modulaţie în amplitudine)

- frecvenţa ( MF – modulaţie în frecvenţă)

- faza ( MP – modulaţie în fază)

1. Modulaţia de amplitudine – parametrul ce variază în ritmul semnalului modulator, este amplitudinea purtătoarei, ceilalţi parametri rămânând constanţi.

Se realizează cu modulatoare, montaje ce conţin elemente neliniare de circuit: diode, tranzistoare sau cu circuite integrate.

2. Modulaţia de frecvenţă – variază frecvenţa purtătoarei în ritmul semnalului modulator, amplitudinea rămânând constantă. Banda de frecvenţe a semnalelor cu modulaţie de frecvenţă este foarte largă ( teoretic infinită ).

3. Modulaţia de fază – se modifică faza semnalului purtător în ritmul semnalului modulator, ceilalţi parametri rămân constanţi. Modulaţia în frecvenţă, atrage după sine şi o modificare a fazei, datorită dependenţei dintre faza şi pulsaţia unei oscilaţii.

Demodularea ( detecţia) este procesul invers modulaţiei, prin care sunt puse în evidenţă semnalele utile de audiofrecvenţă. Acest semnal util extras va trebui să fie cât mai fidel faţă de cel folosit iniţial la modulare.

49

Tipuri

Pentru demodularea semnalelor cu purtătoare sinusoidală se folosesc:

Detectoare – demodulatoare pentru semnale MA

Discriminatoare de fază şi detectoare de raport – demodulatoare pentru semnale MF

Demodulatoare pentru semnale MP

În procesul de demodulare trebuie să se separe o frecvenţă joasă pornind de la o frecvenţă înaltă.

Circuitele de demodulare se realizează cu dispozitive electronice neliniare ( tuburi electronice, diode semiconductoare, tranzistori).

50

Tema 4. Circuite integrate analogice


Ce?

Sunt amplificatoare de curent continuu cu reacţie negativă interioară şi prevăzute cu o buclă de reacţie negativă externă, care iniţial puteau executa diferite operaţii ca: adunarea, scăderea, înmulţirea, împărţirea, cu o constantă ( în c.c.) şi cu extindere (în c.a.), operaţii mai complexe ca: derivare, integrare, obţinere de funcţii logaritmice, etc.

Consideraţii generale

Amplificatoarele operaţionale pot prezenta, în general, două intrări şi două ieşiri, putând funcţiona în următoarele variante:

- cu o singură intrare şi ieşire

- cu două intrări şi două ieşiri

- cu două intrări şi o ieşire

+ V+ + Vd A _ V+ V- Vc _ V- V0

Simbolul amplificatorului operaţional

Fig. 4.1.1.

a. Intrările sunt notate cu (+) şi cu (–).

b. Aplicând un semnal pe intrarea (+), la ieşire se obţine un semnal în fază cu cel de la intrare. Intrarea (+) numeşte neinversoare de fază.

c. Aplicând un semnal pe intrarea (–), el se regăseşte la ieşire în opoziţie de fază. Această intrare se numeşte inversoare.

d. După cum se aplică semnalul pe una sau pe cealaltă intrare, amplificatorul se numeşte neinversor sau inversor.

Parametrii principali

- impedanţa de intrare teoretic infinită, practic foarte mare; curentul de intrare în AO este teretic zero, practic foarte mic;

51

- deriva tensiunii este nulă ( nu apare semnal la ieşire în absenţa semnalelor de la intrare). Rezultă că tensiunea de decalaj de intrare ( care ar trebui aplicată pentru a anula deriva) este nulă;

- impedanţa de ieşire teoretic zero, practic foarte mică, deci valoarea tensiunii de ieşire nu depinde de rezistenţa de sarcină;

- amplificarea în buclă deschisă este teoretic infinită, practic extrem de mare, ceea ce determină ca diferenţa de tensiune între cele două intrări să fie nulă.

Tipuri de amplificatoare operaţionale

Tab.4.1.1.

Tipul circuitului Schema electronică

Relaţia dintre tensiunea de ieşire şi

tensiunea (tensiunile ) de intrare

Amplificator inversor Ue = - Ui

Amplificator inversor sumator Ue = - Ui1 - Ui2

52

Amplificator neinversor Ue = ( 1 + )Un

Amplificator neinversor sumator Ue = Un1 + Un2

Amplificator diferenţial

Ue = - Ui +

+ Un

Circuit de integrareUe = -

Circuit de derivare Ue = - RC

53


Unde?

Conţinutul poate fi predat în: - sala de clasă

- laboratorul de electronică.

Cum?

Se poate folosi observarea dirijată, demonstraţia, experimentul, problematizarea.


frontal sau pe grupe

Cu ce?


prezentare multimedia, care să cuprindă: tipuri de amplificatoare operaţionale, identificarea circuitelor de bază ale AO

activitate de laborator : “ Determinarea amplificării prin măsurarea tensiunilor de intrare şi ieşire”

fişe de laborator




54


Fişa suport 4.2 Stabilizatoare de tensiune integrate

Ce?

Stabilizatoarele de tensiune continuă sunt circuite electronice care au rolul de a menţine constantă valoarea tensiunii (U0) pe o sarcină (R), în condiţiile în care, din diferite cauze se modifică valoarea tensiunii de la intrarea circuitului (U i), curentul absorbit de sarcină ( i0), sau temperatura mediului ambiant ( T)

1. Eficienţa stabilizatorului se caracterizează prin:

- coeficientul de stabilizare în tensiune (Su)

- rezistenţa internă a stabilizatorului ( R0)

- coeficientul de stabilizare cu temperatura ( ST)

2. Pentru ca variaţia tensiunii de ieşire să aibă valori mici, se impune ca stabilizatorul să fie caracterizat prin valori cât mai mari ale factorului Su şi valori cât mai mici ale factorilor R0 şi ST.

Stabilizatoare cu circuite integrate – sunt stabilizatoare de tensiune continuă care au în componenţă un circuit integrat specializat cu rolul de a integra funcţiile unui stabilizator liniar ( atât de stabilizare a tensiunii de pe sarcină, cât şi de protecţie).

Scopul acestei soluţii tehnice este de a reduce numărul de componente electronice ale schemei de stabilizare, ceea ce determină o creştere a fiabilităţii sistemului.

Tipuri

1. Stabilizator cu amplificator de eroare şi element de reglaj serie.

Funcţia de reglare este realizată prin integrarea unei scheme de stabilizator cu amplificator de eroare şi element de reglaj serie.

La intrarea amplificatorului operaţional, caracterizat prin factorul de amplificare în tensiune, se aplică tensiunea de referinţă de pe dioda Zener şi o fracţiune din tensiunea de ieşire. Diferenţa celor două tensiuni amplificată, comandă elementul serie de reglare constituit din tranzistor.

Fig.4.2.1.

55

Elementul de referinţă este realizat cu stabilizatorul parametric format din dioda Zener şi rezistorul R3.

În condiţiile în care amplificatorul de eroare nu lucrează (schema este fără reacţie), deoarece impedanţa de intrare a amplificatorului este foarte mare, rezistoarele R 1, R2

vor fi în serie şi tot grupul va fi în paralel cu rezistenţa de sarcină.

Stabilizatorul are parametri de stabilizare determinaţi de factorul de amplificare în tensiune al AO şi de calitatea tranzistorului regulator.

2. Stabilizatoare duale

Pe lângă stabilizatoarele de uz general se întâlnesc şi stabilizatoare specializate, cum sunt stabilizatoarele duale. Acestea furnizează două tensiuni de ieşire, una pozitivă şi una negativă. Schema stabilizatorului are rolul de a menţine constantă diferenţa celor două tensiuni de ieşire.

3. ßA 723

Destinat aplicaţiilor ce necesită un stabilizator de tip serie. Folosit la realizarea surselor de tensiune pozitivă sau negativă, având regulatorul serie sau paralel, în comutare, flotant, etc.

Date de catalog:

- curent de ieşire: 150 mA

- posibilitatea creşterii curentului de ieşire până la valori ce depăşesc 10A, prin folosirea unor tranzistoare externe

- tensiune de ieşire reglabilă între: 2V şi 37V

- tensiunea maximă de intrare: 40V

- puterea disipată maximă 500mW

- impedanţa divizorului de tensiune văzută de amplificatorul de eroare: 10 kΩ.


Unde?

Conţinutul poate fi predat în sala de clasă, folosind un videoproiector sau flipchart sau în laboratorul de electronică.

Cum?

Se poate folosi observarea dirijată, demonstraţia, experimentul.

56


prezentare multimedia, care să cuprindă: tipuri de stabilizatoare cu circuite integrate, caracteristici tipice, date de catalog, aplicaţii tipice

activitate de laborator : “ Identificarea terminalelor pentru ßA 723 şi

ßA 723 C, analiză comparativă în funcţie de datele de catalog”

catalog produse

fişe de laborator





57


Fişa suport 4.3 Temporizatoare

Ce?

Circuite care generează întârzieri de timp declanşate, sau oscilaţii libere.

Cel mai familiar circuit de temporizare este E 555.

Caracteristici

- prezentare: încapsulat în cipuri de plastic sau metal, cu 8 sau 14 terminale

- temporizări de la microsecunde până la ore

- lucrează fie ca monostabil, fie ca astabil

- factorul de umplere este ajustabil

- ieşirea poate debita sau absorbi 200 mA

- alimentarea şi ieşirea sunt compatibile TTL

- stabilitatea cu temperatura este mai bună de 0,005%/oC

- tensiunea de alimentare între 4,5V – 18V

- curentul de alimentare : 3mA – 6mA

- timpul de creştere / descreştere: 100ns

Configuraţia terminalelor

Fig.4.3.1.

Aplicaţii

- temporizări de precizie

- generare de impulsuri

58

- temporizări secvenţiale

- generare de întârzieri de timp

- modulaţia impulsurilor în lăţime

- modulaţia impulsurilor în durată

- generare de rampe liniare

Circuite de lucru

Tab.4.3.1.

Modul monostabil Modul astabil


Unde?

Conţinutul poate fi predat în:- sala de clasă


Cum?

Se poate folosi observarea dirijată, demonstraţia, experimentul.



59

Cu ce?


prezentare multimedia, care să cuprindă: tipuri de temporizatoare, caracteristici tipice, date de catalog, aplicaţii

activitate de laborator : “ Identificarea terminalelor pentru E 555 şi analiză comparativă în funcţie de datele de catalog”

fişe de laborator

catalog de produse




60

Tema 5. Norme de tehnica şi securitatea muncii

Fişa suport 5.1 Norme specifice în laboratorul de electronică

Ce?

Cele mai frecvente deranjamente în instalaţiile electrice se datoresc regimurilor de supracurenţi,care sunt de scurtcircuit şi de sarcină.

Protecţiile trebuie să fie instantanee la supracurenţii de scurtcircuit şi temporizate la supracurenţii de sarcină.

În toate laboratoarele şi atelierele în care se foloseşte energia electrică se asigură protecţia împotriva electrocutării.

Electrocutarea reprezintă trecerea unui curent electric prin corpul omenesc.

Gravitatea electrocutării depinde de:

- rezistenţa electrică a corpului omenesc

- frecvenţa curentului electric

- durata de acţiune a curentului electric

- calea de trecere a curentului electric prin corp

- valorile curenţilor care produc electrocutarea

Efectele trecerii curentului electric prin corpul omenesc:

- electroşocuri ( contracţiile muşchilor, fibrilaţia inimii, oprirea respiraţiei)

- electrotraumatisme ( orbire, metalizarea pielii, arsuri)

Cunoscând aceste fenomane este obligatoriu să se respecte normele de protecţia muncii:

- echipamentele electronice de calcul şi instalaţiile electrice care le alimentează cu energie electrică trebuie să fie realizate astfel încât să fie asigurată protecţia împotriva electrocutărilor prin atingere directă şi indirectă

- tensiunea de alimentare a echipamentelor electronice să fie de maxim 220V

- alimentarea echipamentelor trebuie să se facă prin prize de împământare

61

- siguranţele să fie calibrate la valoarea indicată de proiectant

- Cablurile mobile de legătură se vor controla înainte de punerea sub tensiune

- Comenzile de pornire şi oprire a lucrărilor se vor face doar cu acceptul şi sub supravegherea persoanelor abilitate

- modificarea montajelor electrice aflate sub tensiune

- atingerea legăturilor neizolate chiar dacă acestea sunt alimentate la tensiuni joase

- conectarea aparatelor, echipamentelor, la prize defecte sau fără legătură la priza de pământ

- utilizarea aparatelor, echipamentelor la puteri mai mari decât cele nominale

- alimentarea echipamentelor prin derivaţii provizorii de la tabloul de distribuţie

ESD = Electrostatic Discharge = Descărcare Electrostatică

Protecţie împotriva descărcărilor electrostatice (ESD) în industria electronică

Descărcarea electrostatică (DES) poate provoca pagube sau defecţiuni funcţionale asupra echipamentelor electronice.

În industrie, DES crează diferite probleme datorită acţiunii sale invizibile şi imperceptibile.

Componentele electrice, inclusiv semiconductorii, ansamblele electronice şi circuitele electronice pot fi distruse irecuperabil de descărcarea electostatică.

Producătorii de componente electronice şi montatorii de sisteme electronice trebuie să controleze descărcările statice din timpul activităţii lor, folosind un program eficient de descărcare electrostatică. Dacă nu se iau măsurile corespunzătoare pentru controlarea electricităţii statice, multe dintre componentele sau sistemele produse nu vor funcţiona sau vor avea un termen redus de operaţionalitate.

Piesele electronice miniaturale trebuie protejate în timpul transportului, al depozitării şi al manipulării de eventualele descărcări electrostatice accidentale.

62

Descărcarea directă este fenomenul pe care l-a întâlnit deja toată lumea în momentul dezbrăcării unei haine sau în momentul atingerii unor obiecte. Scânteia care apare, însoţită de un efect luminos şi sonor, ne cauzează mici neplăceri.

Curentul descărcării directe poate "topi" componentele unui circuit miniatural.

Schimbarea câmpului electrostatic poate induce un curent dăunător într-un circuit.

Frecarea dintre două materiale (aparat electronic şi ambalaj) poate genera un câmp electrostatic şi o tensiune care să dăuneze componentelor circuitului.

Firmele folosesc în acest sens diverse tipuri de soluţii tehnice: pungi de polietilenă antistatice, pungi conductoare de polietilenă, pungi protectoare cu protecţie anti-umiditate, produse de protecţie, produse cu proprietăţi conductive, izolatoare şi disipative, produse cu împământare şi echipamente de testare.

Avantajele protecţiei împotriva descărcării electrostatice: Se asigură siguranţa produselor la transport Fără riscuri şi griji din partea clientului Soluţii complet adaptabile fiecărei situaţii Gamă largă de produse

Cea mai mare problemă în cazul ESD , este că nu vedem când se întâmplă.


Unde?

Conţinutul poate fi predat în: - sala de clasă


Cum?

Se poate folosi observarea dirijată, prelegerea, descoperirea



Cu ce?


63

prezentare multimedia, care să cuprindă: norme de protecţia muncii; aspecte legate de electrocutare, cauze, efecte

fişe de lucru videoproiector Studiu de caz “ Accidente de muncă – accidente electrice “- dezbatere



64

Tema 6. Defectele frecvente ale montajelor electronice utilizate în tehnica de calcul

Fişa suport 6.1 Întreruperi de circuit, defecte de alimentare, depăşirea parametrilor standard la sursele de alimentare

Ce?

Defectele specifice ce apar în montajele electronice folosite în tehnica de calcul, sunt de regulă generate de alimentare, chiar dacă la prima vedere se caută defectul în altă parte.

Există multe indicii care sugerează că sursa de alimentare a unui sistem începe să funcţioneze necorespunzător: dacă mesajul care apare din când în când, sau locaţia de memorie semnalată ca defectă este aleatorie.

Probleme generate de sursa de alimentare:

- ratarea încărcării sistemului de operare sau blocarea, la pornirea sistemului

- erori de paritate sau alte erori privitoare la memorie, cu manifestare intermitentă

- re-ncărcări subite ale sistemului de operare sau blocări în timpul funcţionării

- oprirea simultană a hard – discului şi a ventilatorului ( lipsă +12V)

- supraîncălzirea datorată defectării ventilatorului

- sistemul se reiniţializează la cele mai mici scăderi ale tensiunii de reţea

- şocuri electrice la atingerea carcasei sau a conectorilor

- sistemul este “mort”( nu apare cursorul, nu se aude ventilatorul )

- mici descărcări de electricitate statică

- supraîncărcarea circuitelor când se depăşesc parametrii nominali şi implicit decuplarea alimentării prin intervenţia protecţiilor


Unde?

Conţinutul poate fi predat în: - sala de clasă,


65

Cum?

Se poate folosi observarea dirijată, prelegerea, descoperirea, problematizarea



Cu ce?


Activităţi de laborator: “Identificarea defectelor în cabluri – prin măsurări specifice “; “ Identificarea defectelor în componentele unui calculator”

fişe de laborator



66

IV. Fişa rezumat

Numele elevului: _________________________

Numele profesorului: _________________________

Competenţe care trebuie dobândite

Activităţi efectuate şi comentarii Data

activitatii

Evaluare

Bine Satis-făcător Refacere

Comp 1(Aici se trece numele compe-tentei)

Activitate 1

Activitate2

Comentarii Priorităţi de dezvoltare

Competenţe care urmează să fie dobândite (pentru fişa următoare)

Resurse necesare

67

Competenţe care trebuie dobândite Această fişă de înregistrare este făcută pentru a evalua, în mod separat, evoluţia

legată de diferite competenţe. Acest lucru înseamnă specificarea competenţelor tehnice generale şi competenţelor pentru abilităţi cheie, care trebuie dezvoltate şi evaluate. Profesorul poate utiliza fişele de lucru prezentate în auxiliar şi/sau poate elabora alte lucrări în conformitate cu criteriile de performanţă ale competenţei vizate şi de specializarea clasei.

Activităţi efectuate şi comentarii Aici ar trebui să se poată înregistra tipurile de activităţi efectuate de elev,

materialele utilizate şi orice alte comentarii suplimentare care ar putea fi relevante pentru planificare sau feed-back.

Priorităţi pentru dezvoltare Partea inferioară a fişei este concepută pentru a menţiona activităţile pe care

elevul trebuie să le efectueze în perioada următoare ca parte a viitoarelor module. Aceste informaţii ar trebui să permită profesorilor implicaţi să pregătească elevul pentru ceea ce va urma.

Competenţele care urmează să fie dobândite În această căsuţă, profesorii trebuie să înscrie competenţele care urmează a fi

dobândite. Acest lucru poate implica continuarea lucrului pentru aceleaşi competenţe sau identificarea altora care trebuie avute in vedere.

Resurse necesare Aici se pot înscrie orice fel de resurse speciale solicitate:manuale tehnice, reţete,

seturi de instrucţiuni şi orice fel de fişe de lucru care ar putea reprezenta o sursă de informare suplimentară pentru un elev care nu a dobândit competenţele cerute.

Notă: acest format de fişă este un instrument detaliat de înregistrare a progresului elevilor. Pentru fiecare elev se pot realiza mai multe astfel de fişe pe durata derulării modulului, aceasta permiţând evaluarea precisă a evoluţiei elevului, în acelaşi timp furnizând informaţii relevante pentru analiză.

68

IV. Bibliografie

1. Chivu, A.,Cosma, D. ( 2005). Electronică analogică. Electronică digitală – Lucrări practice, Craiova: Editura ARVES

2. Ardelean, I. ( 1986). Circuite integrate CMOS. Manual de utilizare, Bucureşti: Editura Tehnică

3. Constantin, P.( 1976). Tranzistoare unijoncţiune. Aplicaţii, Bucureşti: Editura Tehnică

4. Dănilă, Th. ( 1975). Dispozitive şi circuite electronice, Bucureşti: Editura Didactică şi Pedagogică

5. Drăgulănescu, N.,Miroiu, C.,Moraru, D. ( 1990). A,B,C…Electronica în imagini. Componente pasive, Bucureşti: Editura Tehnică

6. Cosma, D., Cosma, C.D., Chivu, A., Chivu, A.M., ( 2008). Componente şi circuite electronice. Lucrări practice, Craiova: Editura ARVES

7. Spânulescu, I., şi colectiv. ( 1983). Electronică. Pentru perfecţionarea profesorilor, Bucureşti: Editura Didactică şi Pedagogică

8. *** Cataloage de rezistoare9. *** Cataloage de condensatoare10.*** Cataloage de circuite integrate11.*** Cataloage de tranzistori12.*** şi altele

69

Învăţământul profesional şi tehnic în domeniul...

Documents

Transcript of Învăţământul profesional şi tehnic în domeniul...