Introducere în IETC, 2008 1
Funcţiunile circuitelor electroniceExemple de prelucrări
• Filtrare pentru eliminarea zgomotului• Transmitere la distanţă• Extragerea semnalului util din transmisiunea radio• Separarea a două surse de informaţie, compresia şi
criptarea transmisiunilor• Afişarea şi măsurare poziţiei obstacolelor cu
sonar, radar, ecograf (imagine)• Recunoaşterea obiectelor din imagine• Măsurare directă sau prin model
Introducere în IETC, 2008 2
Funcţiunile circuitelor electronice• Semnal analogic: prelucrat de circuite analogice• Semnal numeric: prelucrat de circuite numerice
Introducere în IETC, 2008 3
Funcţiunile circuitelor electronice• Amplificare• Oscilaţie• Redresare• Stabilizare• Filtrare (regim dinamic)• Modulare, demodulare• Conversie A/N, N/A• Funcţiuni aritmetice (calcul numeric)
Introducere în IETC, 2008 4
Funcţiunile circuitelor electroniceRedresoare
• Circuit care furnizează tensiune (sau curent) de un singur semn– Folosit pentru alimentare– Folosit pentru extragerea informaţiei
• Exemple• Caracteristica tensiune-curent a diodei• Diagramele de timp ale redresorului
Introducere în IETC, 2008 5
Funcţiunile circuitelor electroniceRedresor cu diode semiconductoare
model simplificat, diodă cu siliciu
Introducere în IETC, 2008 6
Funcţiunile circuitelor electroniceRedresor cu diode semiconductoare
Redresoare alimentate din reţeaua monofazată
Introducere în IETC, 2008 7
Funcţiunile circuitelor electroniceRedresor monoalternanţă
)sin(2)( 22 tUtu ω=
Introducere în IETC, 2008 8
Funcţiunile circuitelor electroniceRedresor monoalternanţă
)()()(2 tututu sD +=
)sin(2)( 22 tUtu ω=
Introducere în IETC, 2008 9
Funcţiunile circuitelor electroniceRedresor monoalternanţă
)()()(2 tututu sD +=
)sin(2)( 22 tUtu ω=
sDs Rtitu ⋅= )()(
Introducere în IETC, 2008 10
Funcţiunile circuitelor electroniceRedresor monoalternanţă
)()()(2 tututu sD +=
)sin(2)( 22 tUtu ω=
sDs Rtitu ⋅= )()(
)( DDD uii =
Introducere în IETC, 2008 11
Funcţiunile circuitelor electroniceRedresor monoalternanţă
)()()(2 tututu sD +=
)sin(2)( 22 tUtu ω=
sDs Rtitu ⋅= )()(
)( DDD uii =
Introducere în IETC, 2008 12
Funcţiunile circuitelor electroniceRedresor monoalternanţă
)sin(2)( 22 tUtu ω=
22max UUs =−
sDs R
UII 22maxmax == −−
22min UU D −=−
Introducere în IETC, 2008 13
Funcţiunile circuitelor electroniceRedresor monoalternanţă
)sin(2)( 22 tUtu ω=
παα
ωω
π 2sin2)sin(21 2
0
2/
0
22med_
UdT
UdttUT
UT
s =⋅=⋅⋅≅ ∫∫
Introducere în IETC, 2008 14
Funcţiunile circuitelor electroniceRedresor bialternanţă
)sin(2)( 22 tUtu ω=
Introducere în IETC, 2008 15
Funcţiunile circuitelor electroniceRedresor bialternanţă
)sin(2)( 22 tUtu ω=
Introducere în IETC, 2008 16
Funcţiunile circuitelor electroniceRedresor bialternanţă
)sin(2)( 22 tUtu ω=
22max UUs =−
sDs R
UII 22maxmax == −−
22 2min UUD −=−
Introducere în IETC, 2008 17
Funcţiunile circuitelor electroniceRedresor bialternanţă
)sin(2)( 22 tUtu ω=
π22 2
med_UUs ≅
Introducere în IETC, 2008 18
Funcţiunile circuitelor electroniceRedresor în punte, monofazat
)sin(2)( 22 tUtu ω=
Introducere în IETC, 2008 19
Funcţiunile circuitelor electroniceRedresor în punte, trifazat
Introducere în IETC, 2008 20
Funcţiunile circuitelor electroniceModel mai realist al diodei
)sin(2)( 22 tUtu ω=
Introducere în IETC, 2008 21
Funcţiunile circuitelor electroniceRedresor cu filtru
)sin(2)( 22 tUtu ω=
Introducere în IETC, 2008 22
Funcţiunile circuitelor electroniceRedresor cu filtru
)sin(2)( 22 tUtu ω=
UCQ Δ⋅=Δ
tIQ s ⋅=Δ CtIU s ⋅≅Δ
Introducere în IETC, 2008 23
Funcţiunile circuitelor electroniceRedresor cu filtru
)sin(2)( 22 tUtu ω=
UCQ Δ⋅=Δ
tIQ s ⋅=Δ CtIU s ⋅≅Δ
Perioada pulsurilor!
Introducere în IETC, 2008 24
Funcţiunile circuitelor electroniceRedresor cu filtru
CtIU s ⋅≅Δ
Introducere în IETC, 2008 25
Funcţiunile circuitelor electroniceAmplificatoare
• Circuit care măreşte puterea semnalului• De obicei, păstrează forma semnalului (anvelopa)• Are nevoie de alimentare (puterea semnalului este
mărită, pe seama puterii de la sursă)• Configuraţii diferite, în funcţie de:
– Puterea de ieşire– Nivelul de la intrare– Domeniul frecvenţelor de lucru
• Exemple
Introducere în IETC, 2008 26
Funcţiunile circuitelor electronice
Contraexemplu: transformatorul (nu este amplificator!)
Introducere în IETC, 2008 27
Funcţiunile circuitelor electroniceExemplu de utilizare a unui amplificator (schemă
bloc)
Introducere în IETC, 2008 28
Funcţiunile circuitelor electroniceExemplu de utilizare a unui amplificator
Introducere în IETC, 2008 29
Funcţiunile circuitelor electroniceAmplificatoare
• Amplificator de putere mică (probleme de fidelitate şi evitarea zgomotului)
• Amplificator de putere mare (probleme de randament şi disiparea căldurii)
Introducere în IETC, 2008 30
Funcţiunile circuitelor electroniceAmplificator integrat, putere mică
Introducere în IETC, 2008 31
Funcţiunile circuitelor electroniceDisiparea căldurii
Introducere în IETC, 2008 32
Funcţiunile circuitelor electroniceAmplificatoare
• Amplificator de audiofrecvenţă• Amplificator de radiofrecvenţă• Amplificator de videofrecvenţă• Amplificator de microunde
• Amplificator de c.c.• Amplificator de c.a.
Introducere în IETC, 2008 33
Funcţiunile circuitelor electroniceAmplificatoare
• Cel mai simplu model matematic (circuit liniar):
• Mărimile de intrare şi ieşire pot fi tensiune sau curent, în orice combinaţie
• Anticiparea ieşirii
)()( txatx ie ⋅=
Introducere în IETC, 2008 34
Funcţiunile circuitelor electroniceAmplificatoare
)()( txatx ie ⋅=
Introducere în IETC, 2008 35
Funcţiunile circuitelor electroniceAmplificatoare
)()( txatx ie ⋅=
Introducere în IETC, 2008 36
Funcţiunile circuitelor electroniceAmplificatoare: Caracteristici de frecvenţă
Introducere în IETC, 2008 37
Funcţiunile circuitelor electroniceAmplificatoare
• Un model mai apropiat de realitate (tot circuit liniar):
)()()( ωωω jXjajX ie ⋅=
Introducere în IETC, 2008 38
Funcţiunile circuitelor electroniceAmplificatoare: Caracteristici de frecvenţă
)()()( ωωω jXjajX ie ⋅=
||log20|| aa dB =
Introducere în IETC, 2008 39
Funcţiunile circuitelor electroniceAmplificatoare: semnificaţiile mărimilor
• Modulul lui a: raportul amplitudinilor• Faza• Dacă:
• Atunci:
)sin()( iii tUtx ϕω +=)sin()( eee tUtx ϕω +=
i
eUUa =||
iea ϕϕϕ −== )arg(
Introducere în IETC, 2008 40
Funcţiunile circuitelor electroniceAmplificatoare: analiza experimentală
Introducere în IETC, 2008 41
Funcţiunile circuitelor electroniceAmplificatoare: analiza experimentală
i
eUUa =||
iea ϕϕϕ −== )arg(
πϕ 2⋅Δ=
Tt
(cu semn!)
Introducere în IETC, 2008 42
Funcţiunile circuitelor electroniceAmplificatoare: analiza experimentală
Introducere în IETC, 2008 43
Funcţiunile circuitelor electroniceTemă de casă: determinarea benzii la –3dB
Introducere în IETC, 2008 44
Funcţiunile circuitelor electroniceAmplificatoare: anticiparea ieşirii
Introducere în IETC, 2008 45
Funcţiunile circuitelor electroniceAmplificatoare: distorsiuni neliniare
Introducere în IETC, 2008 46
Funcţiunile circuitelor electroniceAmplificatoare: distorsiuni neliniare
maxmax −− ⋅= ie xax
minmin −− ⋅= ie xax
Introducere în IETC, 2008 47
Funcţiunile circuitelor electroniceAmplificatoare: noţiuni caracteristice
• Amplificare• Impedanţe de intrare şi de ieşire• Impedanţa generatorului şi impedanţa sarcinii• Putere maximă de ieşire• Domeniul frecvenţelor de lucru (banda)• Liniaritate, distorsiuni• Zgomot
Introducere în IETC, 2008 48
Funcţiunile circuitelor electroniceExemplu de stabilizator
Introducere în IETC, 2008 49
Funcţiunile circuitelor electroniceExemplu de stabilizator
Introducere în IETC, 2008 50
Funcţiunile circuitelor electroniceStabilizatoare
• Circuit care păstrează constantă valoarea unei mărimi (indiferent de perturbaţii)
• Cel mai frecvent, utilizare în scop de alimentare stabilizată
• Perturbaţii uzuale:– sarcina– alimentarea– temperatura
Introducere în IETC, 2008 51
Funcţiunile circuitelor electroniceStabilizator de tensiune
Riplul
Introducere în IETC, 2008 52
Funcţiunile circuitelor electroniceStabilizator de tensiune
constUs
so
adIdU
R=
−=
Caracteristica de sarcină
Circuitul echivalent Rezistenţa internă
Introducere în IETC, 2008 53
Funcţiunile circuitelor electroniceStabilizator de tensiune
Protecţie prin limitarea curentului
Introducere în IETC, 2008 54
Funcţiunile circuitelor electroniceStabilizator de tensiune: Noţiuni caracteristice
• Domeniul admisibil al tensiunilor de intrare• Tensiunea nominală de ieşire (pe sarcină)• Curent maxim de sarcină• Tensiune de zgomot (ondulaţie) pe sarcină• Sensibilităţile la perturbaţii
Introducere în IETC, 2008 55
Funcţiunile circuitelor electroniceStabilizator de tensiune
Introducere în IETC, 2008 56
Funcţiunile circuitelor electronice
Exemplu de utilizare a aparatelor de laborator
Introducere în IETC, 2008 57
Funcţiunile circuitelor electroniceOscilatoare
• Generează un semnal de forma dorită, fără a primi un alt semnal din exterior
• Forme uzuale: sinus, triunghi, dreptunghi, dinte de fierăstrău (semnale periodice)
• Există şi generatoare de impulsuri singulare• Multe aparate folosesc combinaţii de semnale
Introducere în IETC, 2008 58
Funcţiunile circuitelor electroniceOscilatoare: forme uzuale
Introducere în IETC, 2008 59
Funcţiunile circuitelor electroniceOscilatoare
• oscilatoare de foarte joasă frecvenţă (sub 10Hz);• oscilatoare de audiofrecvenţă (10Hz-1MHz);• oscilatoare de radiofrecvenţă (sute de kHz – sute
de MHz);• oscilatoare de microunde (sute de MHz – 20GHz).
Introducere în IETC, 2008 60
Funcţiunile circuitelor electroniceOscilatoare
Metodă simplă de generare
Introducere în IETC, 2008 61
Funcţiunile circuitelor electroniceOscilator de relaxare: analiza în timp
Circuit echivalent, în timpul creşterii tensiunii
Introducere în IETC, 2008 62
Funcţiunile circuitelor electroniceOscilator de relaxare: analiza în timp
Circuit echivalent, în timpul descreşterii tensiunii
Introducere în IETC, 2008 63
Funcţiunile circuitelor electroniceOscilator de relaxare: analiza în timp
Determinarea perioadei
11 tIC
UUU js ⋅=−=Δ
Introducere în IETC, 2008 64
Funcţiunile circuitelor electroniceOscilator de relaxare: analiza în timp
Determinarea perioadei
IUU
CtT
IUU
Ct
js
js
−⋅==
−⋅=
22 1
1
11 tIC
UUU js ⋅=−=Δ
Introducere în IETC, 2008 65
Funcţiunile circuitelor electroniceOscilator armonic: analiza în frecvenţă
Semestrul 4
Introducere în IETC, 2008 66
Funcţiunile circuitelor electroniceOscilatoare
Rezonator piezoelectric
Introducere în IETC, 2008 67
Funcţiunile circuitelor electroniceOscilatoare: Noţiuni caracteristice
• Forma generată• Stabilitatea amplitudinii şi a frecvenţei
(sensibilitatea în raport cu perturbaţiile)• Domeniul de frecvenţe şi de tensiuni (dacă sînt
variabile)• Impedanţa de ieşire• Distorsiunea (pentru sinusoidă)
Introducere în IETC, 2008 68
Funcţiunile circuitelor electroniceFiltre
• Modifică componenţa spectrală a semnalului (scop de prelucrare a informaţiei)
• “Netezeşte” tensiunea de ieşire a redresorului (scop energetic, alimentare stabilizată)
• Importantă: analiza în frecvenţă• Descriere prin caracteristicile de frecvenţă
Introducere în IETC, 2008 69
Funcţiunile circuitelor electroniceFiltre
• FTJ – redresor, zgomot de frecvenţă mare• FTS – eliminarea componentei medii, rejecţia
perturbaţiilor de joasă frecvenţă
Introducere în IETC, 2008 70
Funcţiunile circuitelor electroniceFiltre
• FTB – transmiterea selectivă a unei benzi, radiorecepţie, telefonie
• FOB – eliminarea (rejecţia) perturbaţiei de frecvenţă fixă – “notch”
Introducere în IETC, 2008 71
Funcţiunile circuitelor electroniceFiltre: analiza fazorilor
• Regim sinusoidal
)sin()( tEte ω⋅=
Introducere în IETC, 2008 72
Funcţiunile circuitelor electroniceFiltre: analiza fazorilor
• Regim sinusoidal
)sin()( tEte ω⋅=
Introducere în IETC, 2008 73
Funcţiunile circuitelor electroniceFiltre: analiza fazorilor
RIU R =
CIXIU CC ω
=⋅=
Introducere în IETC, 2008 74
Funcţiunile circuitelor electroniceFiltre: analiza fazorilor
RIU R =
CIXIU CC ω
=⋅=
22222 1
CRIUUE CR
ω+=+=
Introducere în IETC, 2008 75
Funcţiunile circuitelor electroniceFiltre: analiza fazorilor
RIU R =
CIXIU CC ω
=⋅=
22222 1
CRIUUE CR
ω+=+=
)(arctg2/)1(arctg)(arctg RCRCU
U
R
C ωπω
φ −===
)(arctg)2/( RCωφπϕ −=−−=
Introducere în IETC, 2008 76
Funcţiunile circuitelor electroniceFiltre: analiza fazorilor
RIU R =
CIXIU CC ω
=⋅=
22222 1
CRIUUE CR
ω+=+=
)(arctg2/)1(arctg)(arctg RCRCU
U
R
C ωπω
φ −===
)(arctg)2/( RCωφπϕ −=−−=
Introducere în IETC, 2008 77
Funcţiunile circuitelor electroniceFiltre: analiza fazorilor
)sin(1
)sin(||
)(
222
φω
ω
φω +⋅+
=+⋅= t
CR
EtZEti
)sin(1
)2/sin(1||
)(222
ϕωω
πφωω
+⋅+
=−+⋅⋅= tCR
EtCZ
Etu
Introducere în IETC, 2008 78
Funcţiunile circuitelor electroniceFiltre: analiza în frecvenţă
)sin(1
)2/sin(1||
)(222
ϕωω
πφωω
+⋅+
=−+⋅⋅= tCR
EtCZ
Etu
Introducere în IETC, 2008 79
Funcţiunile circuitelor electroniceFiltre: analiza în frecvenţă
)sin(1
)2/sin(1||
)(222
ϕωω
πφωω
+⋅+
=−+⋅⋅= tCR
EtCZ
Etu
2221
1|)(|CRE
Ua C
ωω
+==
)(arctg)2/()( RCtt ωωπφωωϕ −=−−+=
Introducere în IETC, 2008 80
Funcţiunile circuitelor electroniceFiltre: analiza în frecvenţă
2221
1|)(|CRE
Ua C
ωω
+== )(arctg)( RCωωϕ −
RC1
0 =ω
RCf
π21
0 =
Introducere în IETC, 2008 81
Funcţiunile circuitelor electroniceFiltre: analiza în frecvenţă
Analiza în frecvenţă: foarte importantă pentru electronişti!
RC1
0 =ω
RCf
π21
0 =
Introducere în IETC, 2008 82
Funcţiunile circuitelor electroniceFiltre: analiza în frecvenţă
Comportarea FTJ în regim periodic, anticiparea ieşirii
Introducere în IETC, 2008 83
Funcţiunile circuitelor electroniceFiltre: orga de lumini
Introducere în IETC, 2008 84
Funcţiunile circuitelor electroniceFiltre: orga de lumini
Introducere în IETC, 2008 85
Funcţiunile circuitelor electroniceFiltre: rejecţia perturbaţiilor
Introducere în IETC, 2008 86
Funcţiunile circuitelor electroniceFiltre: rejecţia perturbaţiilor
Introducere în IETC, 2008 87
Funcţiunile circuitelor electroniceFiltre: rejecţia perturbaţiilor
Introducere în IETC, 2008 88
Funcţiunile circuitelor electroniceFiltre: rejecţia perturbaţiilor
Introducere în IETC, 2008 89
Funcţiunile circuitelor electroniceFiltre: rejecţia perturbaţiilor
Introducere în IETC, 2008 90
Funcţiunile circuitelor electronice
Exemplu de emiţător radio, semnalul modulat
Introducere în IETC, 2008 91
Funcţiunile circuitelor electronice
Exemplu de receptor radio, demodularea
Introducere în IETC, 2008 92
Funcţiunile circuitelor electronice
Exemplu de transmisiune radio
Introducere în IETC, 2008 93
Funcţiunile circuitelor electroniceCircuite numerice programabile
• Telecomunicaţii• Automatizări• Divertisment• Baze de date (comerţ, bănci, administraţie)• Proiectarea asistată• Educaţie
Introducere în IETC, 2008 94
Funcţiunile circuitelor electroniceCircuite numerice programabile
• Calculatoare de proces, microcalculatoare pentru automatizări, automate programabile
• Calculatoare ştiinţifice, supercalculatoare• Calculatoare personale• Calculatoare de buzunar, jucării, ceasuri• Echipamente de telecomunicaţii• Unităţi de comandă pentru fax, imprimantă,
telefon
Introducere în IETC, 2008 95
Funcţiunile circuitelor electroniceTermostat cu microcontroler
Introducere în IETC, 2008 96
Funcţiunile circuitelor electroniceTermostat cu microcontroler
• măsurarea periodică a temperaturii;• citirea butoanelor prin care operatorul introduce
planificarea încălzirii;• algoritmul de reglare automată a temperaturii;• afişarea mărimilor necesare operatorului;• comanda circuitului de încălzire (închis/deschis);
• măsurarea timpului (pentru respectarea planificării)
Introducere în IETC, 2008 97
Funcţiunile circuitelor electroniceProiectarea circuitelor
• analiza solicitării beneficiarului• alegerea soluţiei, alegerea şi dimensionarea
componentelor hardware• scrierea programului• execuţia prototipului• proiectarea tehnologică (cablaj, lipirea
componentelor, carcasă, ventilare)• proiectarea producţiei de serie mare
Introducere în IETC, 2008 98
Funcţiunile circuitelor electroniceProiectarea asistată de calculator a circuitelor
• desenarea schemei electrice• simularea funcţionării circuitului• proiectarea cablajului imprimat, într-unul sau mai
multe straturi;• pregătirea documentelor necesare producţiei
(desenele tuturor straturilor cablajului, desenul de amplasare a componentelor, lista de materiale).
Introducere în IETC, 2008 99
Funcţiunile circuitelor electronice
Introducere în IETC, 2008 100
Funcţiunile circuitelor electroniceProiectarea asistată de calculator a circuitelor
• Demonstraţie practică
Top Related