C14-MTCE- Tehnologia componentelor pasive discretevega.unitbv.ro/~nicolaeg/MTCE-...

Cursul 14TEHNOLOGIA COMPONENTELOR

PASIVE DISCRETE – R, C, L -

MTCE MTCE MTCE

Cuprins1. Memento! –> Materiale , parametri si tipuri2. Materiale conductoare. Rezistoare3. Materiale dielectrice. Condensatoare4. Materiale magnetice. BobineBIB. [1]; [3] Cap. 3

Dr.ing.ec. George NICOLAE

ObiectivevSa aprofundeze cunostintele practice despre

materialele electrotehnice in electronica;vSa cunoasca constructia si particularitatile

functionale ale componentelor R, L, C discrete;vSa explice parametri specifici ai componentelor

pasive discrete;vSa aplice corect relatiile de calcul a parametrilor

componentelor R, L si C discrete;vSa conoasca domeniile si particularitatile de

utilizare in practica a componentelor L, R, Cdiscrete;

Materiale electotehnice pentru electronica

Legile si parametrii de material permit descriereaproprietatilor diferitelor materiale si clasificarea acestora.

Fiecărei proprietăţi de material ii este asociata o mărime fizică (scalară, vectorială, tensorială) numită

- parametru de material -Ø Parametrii de material caracterizeaza comportarea unui

material in anumite conditii. Acesti parametri sunt:q Conductivitatea electrica - σ -> [1 / Ω m]q Rezistivitatea electrica - ρ -> [Ω mm2 /m]q Permitivitatea electrica - ε -> [F/m]q Permeabilitatea magnetica - µ -> [H/m]

1.Memento!

ØLegile de material sunt introduse pe baza de experiment si descriu comportarea materialului sub acţiunea unei solicitări exterioare:

q Legea conducţiei electrice:

q Legea legăturii în câmp electric:

q Legea legăturii în câmp magnetic:

Memento!

Tipuri de materiale folosite in electronica:qMateriale conductoare (Au, Ag, Cu,…., Solutii ..);

σ = (106 – 108) 1/Ωm si permit I = A -> kAqMateriale semiconductoare (Si, P, B, In, Ga, As.. );

σ = (10-5 – 106) 1/Ωm si permit I = μA -> mA qMateriale izolatoare (electroizolante, dielectrice) =

mica, portelanul, materialele plastice, ρ = (108 – 1010)Ωm si permit I = nA àpA.

qMateriale magnetice (Fe+Si, ferita, permaloiul),acestea permit trecerea fluxului magnetic in

functie de parametrul μr - perm. mag. relativa? Unde? La ce se … ?

Memento!

Scara conductivitati σ si a rezistivitatii electrice ρpentru diferite tipuri de materiale

Memento!

2. Materiale conductoare. Rezistoare

Categorii de materiale conductoare: Ø Conductoare de mare conductivitate (Au, Ag, Cu, Al, Fe…) - Rezistivitate electrica mica, efect pelicular neglijabil;

conductivitate termica ridicat; rezisteta si elesticitateamecanica mare, se pot lamina si trefila. Ø Conductoare de mare rezistivitate – se obtin prin

impurificarea controlata a metalelor pure si prezinta:- Rezistivitate electrica mare, temperatura de topire ridicat,

dependenta mica a rezistentei de temperatura, tensiuneelectromotoare fata de Cu cat mai mica.

- Ex.: Manganina (Cu+Mn) si +Ni+Al; ρ=200E-8 ΩmNichelina (Cu+35%Ni); Aliaje de: Cr+Ni; Cr+Ni+Fe

Dr.ing.ec. George NICOLAE

Exemplu:

Exemplu:

Exemplu:

Aplicatie:

Să se determine lungimea l şi diametrul d sârmei din nichelina si din constantan necesare pentru obţinerea unei rezistenţe R=100 Ω cu P=1000 W. (J=5A/mm2).Rezolvarea pentru conductor de constantan ρ=50 E-8 Ωm

Valori nominale - Vn - si tolerante - t% -

Serii de fabricatie(Toleranta)

Valoarea nominală Vn - corespunde cu valoarea tipizată aparametrului de bază (Rn; Cn; Ln).Valorile nominale Vn se succed în serii discrete ce formează seriilede valori nominale ce formeaza o serie geometrica cu ratia r

Rezistoare. Clasificare. Simboluri, Tehnologii

Dr.ing.ec. George NICOLAE

Tipuri constructive de Rezistoare

Simboluri de rezistoare

Clasificarea Rezistoarelora) In funcţie de dependeţa U sau I:Ø rezistoare liniareØ rezistoare neliniare - R depinde de: T, lumina, c.mag.

b) Dupa modul de modificare a valorii rezistenţei (la utilizare):Ørezistoare fixe – au valoarea satbilita in fabrica.Ørezistoare variabile şi semivariabile

c) După modul de realizare al elementului rezistiv:Ø rezistoare peliculare - realizate prin depunerea unei pelicule conductoare (semiconductoare) pe un suport izolant (ceramica, sticla, sintetice);Ørezistoare bobinate, realizate prin înfăşurarea unui conductor metalic pe un suport izolant (ceramica, materialesintetice, …);Ørezistoare de volum, realizate prin formarea elementului rezistiv dintr-o masă rezistivă compactă.

Dr.ing.ec. George NICOLAE

Rezistoare neliniare:a) si b) – Termistoare (PT si NT)c) - Fotorezistoare

Constructia Rezistoarelor fixe- Element rezistiv- Suport izolator- Contacte (cu sau fara pini)

Rezistente peliculare

Pentru pelicula plana: g – grosimea; L – lungimea;w - latimea

Caracteristicile unor materiale pt pelicule rezistive

Partile componente ale unui rezistor pelicular:

Rezistoare bobinate: suport izolator, fir rezistiv, capacele si terminalesau capete suport fixate cu surub (c), pt. P > 40W

Toleranta, Puterea nominala, Tensiunea de zgomot termic

= abaterea maxima de la valoareareala a R

- Puterea nominala Pn, (W) = puterea maxima disipata la temperatura de 70 C.

Puterile normalizate sunt: 0,063; 0,125, 0,25; 0,5; 1, 2, 3, 4, 6, 12, 25, 40, 50, 100 W

- Tensiunea de zgomot termic – este cauzata de miscareahaotica a electronilor cauzata de temperatura.

Δf – banda de freceventa in care eate utilizat; k=1,38E-23 J/K

Imagini cu rezistoare de diferite puteri disipate

Marcarea rezistoarelor:Ø in codul culorilor;Ø in clar

MarcareafolosindCodulculorilor, cu 2 sau 3 cifre (inelecolorate)

3. Materiale dielectrice. Condensatoare

Dielectricii = materiale caracterizate de starea de polarizareelectrica.

Stare de polarizaţie electrică - starea materiei, caracterizată prin moment electric al unităţii de volum (p) diferit de zero.

Polarizaţia electrică poate fi:Ø temporară, dacă depinde de intensitatea locală a câmpului electric Eo în care este situat dielectricul.Ø permanentă, dacă nu depinde de intensitatea locală a câmpului electric Eo .

Dr.ing.ec. George NICOLAE

a) Polarizarea electrică

Fenomenul de polarizare constă în deformarea şi/sau deplasarea microscopică a sistemului de sarcini electrice legate din structura dielectricului sub acţiunea câmpului electric Eo siapritia de momente electrice dipolare –p – si atomice –pa -.

- Moment electric dipolar;

- - Moment electric atomic.

Permitivitatea electrica – caracterizeaza interactiuneadintre dielectric si campul electric, in baza

Legii legaturii in camp electric:

b) Permitivitatea electrica relativa – εr - indica de cate orieste mai mica E in dielectric decat in vid.Curentul electric de conductie – datorat sarcinilorelectrice libere si legate se stabileste atat prin volumulmaterialului cat si la suprafata.Tangenta unghiului de pierdere tg δ caracterizeazadielectricul dpdv al conductiei electrice si al polarizarii.

Rigiditatea dielectrica – corespunde Estr si aceasta ->c) Tensiunea de strapungere – Ustr -

Dr.ing.ec. George NICOLAE

Strapungerea dielectricului poate fi : -Termica - cauzata de caldur > determinatea de I; -Electrica (intrinseca) – creste nr. de electroni liberi;-Prin descarcari partiale – cauzata de cavitatile cu gaze;

MEMENTO! Unghiul de pterderi:

Parametri electrici ai unor materiale dielectrice

Condensatoare. Tipuri. Simboluri. Caracterristici

Condensatoare fixe. Tipuri constructive,

Pentru mai multe informatii, a se vedea Bibliografia [1]

Caracteristici ale condensatoarelora) Capacitatea electrica – C –[F]; si: mF, uF, nF, pF,

- pentru condensatorul plan:

Dr.ing.ec. George NICOLAE

Energia acumulata in dielectric:

Parametrii condensatoarelor:a) Capacitatea nominala Cn –[F]b) Tensiunea nominala Un – [V]

Ex.: 6, 12, 16, 25, 63, 70, 125, 250, 350, 450, 500, 650, 1000 V

a) Tangenta unghiului de pierdere tgδb) Factorul de calitatae Q –[20-200]

Q = 1/ tgδ

In care: I = dQ/dt = d(CU)/dt = CdU/dt

Dr.ing.ec. George NICOLAE

Memento!

Tehnologia condensatoarelora) Peliculare – dielectricul poate sa fie acoperit cu

pelicula metalica;- foliile conductoaresunt separate cu dielectric.

b) Stratificate –

- armaturi din folii de Al - (5-15)um- dielectricul: hartie, mat plastice

care au caracteristici superioare, nu au goluri, sunt mai subtiri.

c) Condensatoare ceramice

Dielectricii ceramici: titanaţii de calciu, magneziu, bariusau stronţiu (εr =5…200); titanaţii şi zirconaţii de bariusau stronţiu ((εr >500); materiale feroelectrice (titanatulde bariu ) =(εr >10E4 la 10E5).

c) Condensatoare electrolitice – contin electrolit si un metal formand oxizi metalici cu rol de dielectric (Al2O3, Ta2O5, Mb2O5, TiO2);

- Metalul este una din armaturi (-) si electrolitul = (+);- Valori: C = (1 -10.000) uF; t = (-20% - +100%)

ConstructiaCE cu Al

Condensatorul electrolitic cu Tantal- Anodul (-) = pulbere de tantal care se oxideaza;- Electrolitul (+) = o pelicula semiconductoare de MnO2

Avantaje fata de CE cu Al:• gama frecvenţelor de lucru este mai largă;• temperatura minimă de funcţionare este mai coborâtă;• fiabilitatea este mai ridicată;• timpul de stocare este mai mare;• curentul de fugă este extrem de mic.

Domeniul de frecventa al Condensatoarelorin functie de natura dielectricului

Memento!

4. Materiale magnetice. Bobine

Materiale magnetice – materiale caracterizate prin stareade magnetizare - M-

Stare de magnetizare -M - starea materiei caracterizată prin moment magnetic al unităţii de volum (m) diferit de zero.

M = Δm/ΔV

Permeabilitatea magnetica (absoluta –μ- si relativa – μr )–caracterizeaza starea de magnetizare potrivit Legiilegăturii în câmp magnetic:

μr–indica intensificarea campul magnetic in interiorul mat. magnetice

Clasificarea materialelor magnetice

ØMaterialele magnetice cu magnetizaţie temporară(materialelor cu ordonare magnetică):

- diamagnetice μr < 1 ; Ex.: Au, Ag, Cu, Sb, Pb, Bi ..- paramagnetice μr > 1 ; Ex.: Al, Alama, Mg, Cr, ..

ØMaterialele magnetice cu magnetizaţie permanentă(materialelor cu ordonare magnetică):

- feromagnetice: μr > 1 ; Ex.: Fe, Ni, Co, Fe+Si, - ferimagnetice: μr >> 1 ; Ex.: Ferite, permaloi, …

EX. de ordinul: sutelor / feromagneticeDe ordinul: (mii - sute de mii) / ferimagnetice

Dr.ing.ec. George NICOLAE

Scara permeabilitatii magnetice a materialelor

Dependenta B=f(H)-pt diferite categoriide materiale magnetice

Ciclul histerezis la materialele magneticecu magnetizare permanentaMemento!

Mat. magnetice:-Dure (Br mare): otel-Moi (Br mic): Fe, Ferite

Tehnici de obtinere a Feritelor:- Au la baza reactia in faza solida si se desfasoara in 2 etape:

1. Calcinarea – asigura formarea partiala a feritei prin incalzireala 1000 C a unor amestecuri de oxizi de Fe, Zn, Mn, … -cristale de ordinul μm

2. Sinterizarea – este macinata pulberea obtinuta la calcinare, amestecata cu lianti organici, presata la T>1200 C

Se obtin miezuri magneticepentru Bobine, Transformatoare,Capete magnetice, …

Caracteristici ale feritelor MnZn si NiZn

Utilizari ale materialelor magnetice

A) Domeniul ingineriei electrice:1. transformatoare, statoare şi rotoare pentru motoare şi

generatoare2. ecrane magnetice;3. linii de întârziere (acoustic delay lines);4. traductoare;5. filtre.

B) Domeniul Electronic:1. Componente pentru surse în comutaţie;2. Bobine şi filtre de AF şi RF;3. Traductoare magneto-elastice;4. Capete magnetice pentru înregistrare;6. Electromagneţi pentru relee;7. Dispozitive magneto – acustice (microfoane, difuzoare);8. Memorii magnetice.

Dr.ing.ec. George NICOLAE

Bobine. Tipuri. Simboluri. Parametri-definire –constructie-simboluri/tip:

Bobine de semnal L< 1mH

Parametri principali ai Bobinelora) Inductanta sau Inductivitatea – L – [H] ; [mH; uH]

- Reluctanta magnetica Rm - [Ω]

b) Factorul de calitate QL cu valori --> la 300

Memento!

c) Unghiul de pierdere δL ; δL = 1/QL = R/ωL

Dr.ing.ec. George NICOLAE

Tipuri constructive de Bobinaje:

Tipuri de Bobinaje: Vezi si alte tipuri in bibliografie

tip OALABobine cu miez de feritatip OALA

Vezi - Calculul Inductantei bobinelorcu miez cilindric si cu miez toroidal

Calculul inductantei pentru - Bobina Solenoid -a) bobina fara miez -

b) bobina cu miez – Se si μe sunt valoriechivalente dupa caracteristicile miezului.

Bobine pe cablaj imprimat- sunt realizate pe cablaj imprimat (la fv > 30 MHz - AFI);

Dr.ing.ec. George NICOLAE

EX.: Calculul inductantei bobinei spirala

Dr.ing.ec. George NICOLAE

Schema echivalenta a bobinei. Comportarea cu frecventa

Schema echivalenta a bobinei ecranate

Efectele capacitatilor parazite:- Reduce valoarea reactantei inductive aparente la borne;- la frecvente inalte apare rezonanta circuitului “L – C” pe fv:

Ce – capacitatea echivalenta

- La frecvente > foL bobina se comporta ca o capacitate.

- folosita in constructia liniilor de intarziere -

[1] Oltean I.D, George Nicolae, Componente pasivede circuit. Reprografia Universitatii Transilvania din Brasov, 1999

[2] Oltean I.D., Tehnologie electronica. Tehnologiadispozitivelor semiconductoare şi a circuitelorintegrate, Editura MATRIX ROM, Bucureşti, 2004

[3] Oltean I.D, Materiale si tehnologii pentrucomponente si subansamble electronice. Note decurs si aplicatii. Editura Universitatii Transilvaniadin Brasov. 2014.ISBN 978-606-19-0387-0

Bibliografie

Dr.ing.ec. George NICOLAE

64

Intrebari ......

Completari .........

De la participanti

Urmeaza:

VERIFICAREA FINALA

Dr.ing.ec. George NICOLAE