(;[21.3g FJ,-3 /J,

CLEMENT FE~TILA

ROXANA BOTH

ELECTRONICAINDRUMATORDE LUCRARI

-..I

V.T.PRESS

CUPRINS:

L 1. Diode semiconductoare L2. Tranzistorul bipolar L3. Redresarea monofazata L4. Amplificator de curent altemativ de semnal mic cu tranzistor L5. Oscilatoare sinusoidale L6. Stabilizator de tensiune L7. Amplificatoare operationale L8. Oscilatoare nesinusoidale L9. Reglarea tensiunii de bord autovehicolelor LIO. Circuit de aprindere electronica

1 8 14,

19 23 27 34 43 47 54

Lt. Diode semiconductoare

1. Continutul lucrarii ,

Prezentarea si trasarea caracteristicilor statice ale unor tipuri de diode semiconductoare uzuale. 2. Aparatura necesara Aparate de masura: 2 bucati Platforma de experimentare P2 3. Consideratii teoretice , Diodele semiconductoare sunt dispozitive electronice bazate pe 0 jonctiune pn careia i se ataseaza doua contacte ohmice(figura 1). In functie de structura si de profilul de dopare cu impuritati a domeniilor semiconductoare, rezulta 0 serie de proprietati specifice jonctiunii pn. Aceste proprietati stau la baza realizarii unei game foarte variate de diode semiconductoare.

v

xb)Fig. 1

Exista metode tehnologice prin care, intr-un singur monocristal (de Ge sau Si) se realizeaza regiuni semiconductoare de tip p ~i de tip n. Daca- 1-

la suprafata de separatie, dintre 0 regiune de tip p si 0 regiune de tip n, variatia distributiei impuritatilor si schimbarea tipului de conductibilitate, se face pe 0 distanta 121O-6m, se obtine 0 jonctiune pn. Polarizarea directa a jonctiunii pn este posibila, prin aplicarea unei tensiuni exterioare, cu polaritatea pozitiva la regiunea de tip p si polaritatea negativa la domeniul n, fig. 2a. In acest caz, campul electric in regiunea de trecere scade, iar bariera de potential se reduce. Prin jonctiune apare un curent direct, datorat componentelor de purtatori majoritari de sarcina electrica, avand acelasi sens cu sensul conventional adoptat pentru (L). Daca tensiunea exterioara VA este aplicata cu polaritatea negativa pe domeniul p si cu polaritatea pozitiva pe domeniul n se spune ca jonctiunea pn este polarlzata invers (fig. 2b.). In acest caz bariera de potential creste la valoarea Vo + VA. Ca urmare, prin jonctiune circula un curent de valoare neglijabila datorat componentelor de purtatori minoritari. .-

u u tI

u

J/~ -I!

'Vo Vo-VAI.[

!

I

x2b

/

Fig.

2a

Fig.

Diodele semiconductoare reprezinta aplicatii directe ale structurii (pn) prezentate anterior. Cele mai frecvente sunt diodele redresoare, folosite la conversia curentului altemativ in curent continuu.

-2-

Principalii parametrii de catalog ai diodelor redresoare sunt : = 10 - curentul mediu redresat maxim, curent ce depinde de puterea disipata admisibila maxima, PDmax (Ptot) ~1 vinvmax = VRWM - tensiunea inversa de varf de lucru maxima.Imed

Exemplu: FI07 - dioda redresoare cu Si cu 10 = 0.75 A si VRWM = lOOV ; Fotodioda este 0 jonctiune pn astfel realizata incat sa faca posibila incidenta razelor de lumina in domeniul zonei de difuzie. Caracteristica statica a fotodiodei este prezentata in fig.3.

lId

iI

flux hUnU10S variabil

!

v-;1 2 3

Vd

t linvFig. 3. Dioda Zener este 0 dioda pe baza de siliciu, conceputa sa lucreze in zona de strapungere, reversibila, nedistructiva. Diodele Zener stabilizeaza tensiuni de 3+400V, la puteri disipate cuprinse in domeniul 0.25+50 w. In figura 4.a. este prezentat un circuit cu dioda Zener, rezistenta R avand efect de limitare a curentului, iar in figura 4.b este prezentata caracteristica statica a diodei Zener.

-3-

R VI

IZDZ ~

1

~

L'l z VV/ 2

inve rsa VR

Polarizare

IIRI

p olcrizcre

Rzd= L'llz

t:Nz

directd

Vz

- ~f------l----Q

:IiI

I I

------Jr

1I

zlllz

It

------JFig.4.b.

yI

ZK Zrrnxo

I -------~I

t

J

Fig.4.a.

4. Desfasurarea lucrariiSchema electrica a platformei P2 este data In figura 5.L

16 13

o{T-34

17 14 15 ----------------0 11 D~Z ~-------------o 12F-tO"

or8~ ~

10

.,

0----1

o--Jr"

-----g~EFR136

4 1

0----1

I~

O--Jrl

L{)1--~~PItFig. 5

r-ij------~EFDI06

~

a) Se executa montajul din figura 6. Se modifica tensiunea surseide.: alimentare, In asa fel incat sa se obtina trepte pentru tensiunea masurata la bomele diodei UAK si a curentului IA prin dioda. Se completeaza In tabelul nr. 1.

-" Deoarece alimentarea consumatorilor se face cu tensiuni ale carer valori acopera 0 gama larga, conectarea redresorului la reteaua de alimentare de c.a. se face prin intermediul unui transformator (Tr). Dispozitivele semiconductoare, utilizate frecvent ca elemente redresoare, sunt diodele redresoare. Dupa redresare rezulta 0 tensiune pulsatorie. Filtrul de netezire reduce pulsatiile tensiunii redresate, astfel incat tensiunea furnizata consumatorului sa aiba 0 forma de variatie in timp apropiata de cea continua. Redresoarele monofazate se pot clasifica in: redresoare monofazate monoalternanta, cand transmit 0 singura semialtemanta a tensiunii de alimentare si redresoare dubla alternanta, cand transmit ambele semialternante.

Fig.1

- 14-

In figura 1 este prezentata schema redresorului monoalternanta, cu sarcina rezistiva RL . Pentru semialtemanta pozitiva caderea de tensiune pe dioda ideala este nula, iar tensiunea de pe rezistenta de sarcina urmareste tensiunea din secundar. Pentru semialternanta negativa dioda este blocata, iar tensiunea pe rezistenta de sarcina are valoarea zero. Valoarea medie a tensiunii pe sarcina se determina cu relatiile:

Redresoarele monofazate dubla alternanta, se utilizeaza sub forma a doua circuite fundamentale : montajul cu transformator cu priza mediana In secundar si montajul in punte. Schema redresorului cu transformator cu priza mediana In secundar este prezentata In figura 2.a. In figura 2.b. sunt prezentate formele de unda corespunzatoare.0,

c.Jt

...

Fig 2.a

Fig 2.b

Intr-o perioada apar doua pulsatii ale tensiunii redresate: rezulta ca valoarea medie a tensiunii redresate este:Vmed

= 2 VLmax = 2V2max = 2J2V21t rt 1t

~ O.9V

2

Redresarea ambelor semialternante ale tensiunii de intrare poate fi:~ realizata si rara priza mediana In cazul schemei redresorului dubla .alternanta In punte. Circuitul este prezentat In figura 3.

- 15 -

In semialtemanta pozitiva conduc diodele Di si D2 iar in semialtemanta negativa diodele D3 si D4. In ambele cazuri rezistenta de sarcina este parcursa de curent in acelasi sens.

., : I'iA2" t

1 ~~l+)

04- __

RL

(-)

Fig 3 De remarcat este faptul ca pentru a obtine aceeasi valoare a tensiunii medii redresate (Vmed), varianta cu priza mediana necesita mai mult cupru in infasurarea secundara. In majoritatea aplicatiilor este inutilizabila forma pulsatorie a tensiunii rezultate prin redresare simpla intrucat se cere 0 forma dit mai apropiata de cea a componentei continue. Ca urmare, intre redresor si sarcina se introduc filtre care reduc pulsatiile (ondulatiile ) tensiunii redresate. Cel mai simplu filtru este format din condensatorul C, conectat in paralel cu rezistenta de sarcina, conform figurii 4.a. Condensatorul incepe sa se incarce, prin dioda, cand valoarea tensiunii este aproape de VLmax si se descarca pe rezistenta de sarcina in intervalul in care dioda este blocata. Asa cum rezulta din formele de unda din figura 4.b si 4.c, dioda conduce numai 0 mica fractiune dintr-o perioada, dar curentii sunt mari. Dioda incepe sa conduca (timpii to si t2) cand tensiunea alternativa crescatoare din secundar egaleaza tensiunea descrescatoareexponentiala de la bomele grupului RC si trece in blocare la momentele t1 si t3. Tensiunea de la bomele condensatorului zero. Aplatizarea (netezirea) pulsatiilor este cu atat mai buna, cu cat la 0 anumita valoare a rezistentei de sarcina, ' valoarea .capacitatii ,; .... condensatorului de filtraj este mai mare.>

nu scade practic pana la

- 16 -

~u

a

VLrrox

a\ I

CJt

t

\

/' u

iI

Av

"i --l

2

b

{\

,/

IA Il/

~

10 C0

t,

I I

~I~

----1. It 2 -t 1- T

t2

t3CJt

llt=tl-to

c

Fig. 4.

4. Desfasurarea lucrarli

Se identifica elementele din platforma de montaj (figura 5). Se conecteaza primarul transformatorului la retea si se vizualizeaza din secundarul transformatorului conectand osciloscopul intre bornele 14 si 19; se determina valoarea maxima a tensiunii din secundar. Cunoscand relatia dintre valoarea maxima si valoarea efectiva, se calculeaza valoarea efectiva a tensiunii din secundar. Pentru a realiza oricare din variantele de redresare monofazata, se stabilesc elementele platformei (figura 5) selectate pentru 0 anumita schema de redresare si apoi se intocmeste 0 lista de conexiuni in tabelul nr. 1 intre bornele platformei, conexiuni realizate cu cordoane.

- 17 -

Tabelul nr. 1Scheme de redresare 1.Redresare monoalternanta Conexiuni

2.Redresare bialternanta cu priza mediana

3.Redresare bialternanta cu punte

19 15 It

2

6

5

11

16

Fig. 5 Se executa montajul corespunzator schemei de redresare monoalternanta din figura 1. Se conecteaza platforma la retea si se vizualizeaza pe osciloscop forma de unda a tensiunii redresate. Cu multimetru MF-35 pe pozitia c.c se mascara valoarea medie a tensiunii redresate. Utilizand un condensator pentru filtrare, se leaga corespunzator boma 13 sau 12 si se repeta operatiile de vizualizare si masura. Se copiaza In fiecare caz formele de unda obtinute pe ecranul osciloscopului. Se executa montajul corespunzator schemei de redresare bialternanta cu transformator cu priza mediana, figura 2. Se repeta operatiile efectuate la punctul anterior. Se executa apoi montajul corespunzator schemei de redresare bialternanta In punte , figura 3. Se procedeaza la fel ca la punctul precedent.

- 18 -

L4. Amplificator de curent alternativ de semnal mic cu tranzistor

1. Continutul lucrarll , Se studiaza functionarea amplificatoarelor de semnal mic, de banda larga cu tranzistor, factorul de amplificare in tensiune si distorsiunile de amplitudine.

2. Aparatura necesaraplatforma de experimentare P7; generator de semnal sinusoidal; sursa de tensiune stabilizata 24 Vee; osciloscop.

3. Consideratii teoretice3.1 Prin polarizarea tranzistorului se asigura un set de valori de curent continuu Is, L, Ueeabsolut necesare pentru functionarea tranzistorului ca amplificator de curent altemativ.

Fig. I Un circuit de polarizare este prezentat in figura I pentru care: :~

""..

.

- 19 -

Schema unui amplificator cu tranzistor bipolar, de tip npn, In conexiune emitor comun, este prezentata In figura 2. Factorul de amplificare in tensiune are modulul:

Curentii prin tranzistor si tensiunile dintre terminalele acestuia variaza in jurul unui punct static de functionare; deci peste regimul de curent continuu (de polarizare) se suprapune un regim variabil (dinamic). Daca amplitudinile componentelor variabile de semnal sunt mici in comparatie cu componentele statice corespunzatoare, atunci tranzistorul lucreaza in regim de semnal mic.

Fig. 2

Fig. 3:~"-

Diagramele tensiunilor si curentilor sunt prezentate In figura 3.

- 20-

4. Desfasurarea lucrariiSchema platformei de experimentare este prezentata in figura 4.

1

6

rI I r, I /U/tflI

-k3

--~If-l1(J(lF

3

2

IOo"f

II

II8Q).-oU--'1

A,82/i0f'8 51tlrfl

I I -.J

I .,

5 ~--__L..-

~~------------4---~~~Fig. 4

I I

4.1 Se alimenteaza cu tensiune continua, regland sursa (E) la 24 V; se folosesc terminalele + 1 (pentru +E) si -5 (pentru -E); 4.2 Conectand (in lipsa semnalului altemativ de intrare) un osciloscop la boma C se analizeaza efectul modificarii curentului de baza, Is, odata cu modificarea pozitiei cursorului potentiometrului R6 4.3 Se stabileste frecventa tensiunii fumizate de generator, iar amplitudinea, la 0,05 V, aplicand semnalul sinusoidal la intrarea amplificatorului, boma 6. Se analizeaza efectul rnodificarii curentului de baza, Is, odata cu modificarea pozitiei cursorului potentiometrului R6. 4.4 Conectand osciloscopulla boma 2, se vizualizeaza tensiunea de iesire (Vo) pentru diferite pozitii ale cursorului potentiometrului R6. Se deseneaza formele de unda nedistorsionate pre cum ~i cele distorsionate, pentru pozitii necorespunzatoare ale cursorului potentiometrului R6. - 21 -

4.5 Cu ajutorul osciloscopului se mascara amplitudinile semnalelor de intrare Ui(t) si de iesire Uo(t) , boma 2 si se calculeaza factorul de amplificare in tensiune:

A = Uo u U.I

5. Intrebari: Ce valoare Explicatie, se recomanda pentru tensiunea de polarizare

Ucso?

Care este rolul rezistentei R2 si a condensatorului

C2 din figura 4?

- 22 -

L5. Oscilatoare Sinusoidale

1. Contlnutul lucrarii ,Se prezinta principiul si modul de function are a unor oscilatoare electronice sinusoidale.

2. Aparatura necesaraPlatforma de experimentare P8, fig.4 ; Sursa de tensiune continua stabilizata 0 - 30 V cc. Versatester; Osciloscop;

3. Consideratii teoretice ,Oscilatoarele sunt circuite electronice, care genereaza semnale variabile de forma sinusoidala. In principiu un oscilator sinusoidal este format dintr-un amplificator electronic prevazut cu 0 reactie negativa , fig. I. , in care: A - reprezinta amplificarea in tensiune a caii directe ~ - factorul de transfer al circuitului de reactie.

Yo

Fig. 1.

Circuitul din fig. I. devine conditiile Barkhausen:

un oscilator,

daca sunt indeplinite

A~=l; < 2 CONTACTE RUPTOR 1>11 .1."""001

1>12uf"

PL 9V II

------1-"-,,,------------------'

1LCTA[~A

H.

A~lNORE

~LCCTAONICA L~eORATOR

- SCH~A ELECTRONICA

'--------~-----"--

.r

h