85
Fundamente de inginerie electronica Prof.dr.ing. Dorina Isar As.dr.ing. Bogdan Marinca

Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Embed Size (px)

DESCRIPTION

..............................................................................

Citation preview

Page 1: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Fundamente de inginerieelectronica

Prof.dr.ing. Dorina IsarAs.dr.ing. Bogdan Marinca

Page 2: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Componente electronice

• 1. Componente electronice pasive = rezistoare, condensatoare, inductoare …

(Se numesc pasive pentru că un circuit realizat doar cu aceste componente nu poate amplifica sau prelucra un semnal electric, nu poate realiza conversia energiei dintr‐o formă în alta.)

• 2. Componentele electronice active = tranzistoare, diode, circuiteintegrate analogice și digitale, microcontrolere, microprocesoare ...

• Ambele tipuri de componente sunt la fel de importante în electronică, deoarece funcțiile pe care trebuie să le realizeze componentele active nu pot fi implementate fără ajutorul rezistoarelor, condensatoarelor sau inductoarelor.

Page 3: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Rezistorul

• Rezistorul reprezintă o componenta pasiva de tip dipol, realizată în scopul obținerii unei impedanțe rezistive concentrată într‐un volum cât mai mic.

• Parametrul fundamental al rezistorului îl reprezintă rezistența electrică. De aceea în practică se utilizează și denumirea de rezistență pentru aceastăcomponentă.

• Aplicații: polarizarea componentelor active, controlul amplificării, fixarea unor constante de timp, divizarea tensiunii sau a curentului, adaptarea sarcinilor pentru diverse circuite, generarea căldurii etc.

• Majoritatea rezistoarelor utilizate sunt liniare adică au caractenstica U‐I Iiniară. Rezultă: U/I=R este o constantă.

• Există și rezistoare neliniare, a căror rezistență este puternic dependentă – de temperatură pentru termistoare,

– de tensiune pentru varistoare sau

– de Iumina pentru fotorezistoare.

Page 4: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Divizor de tensiune

• Este o rețea de rezistoare care furnizează o tensiune fixă sauvariabilă.

• Cel mai des este realizat din două rezistoare conectate în serie.

• Presupunând că din nodul comun pentru R1 și R2 nu iese nici un curentdin divizor, tot curentul va trece prin R1 și R2.

• Legea lui OHM:

• Exemplu: Daca UIN= 9V, R1 = 1,6KΩ, R2 = 2KΩ, calculați UOUT. • Raspuns: UOUT = 5V.

21

2INOUT

21

IN

2

OUT

21

IN

2

OUT

RRRUU

RRU

RU;

RRUi;

RUi

+=⇒

+=⇒

+==

Page 5: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Efectul conectării uneirezistențe de sarcină

• In practică există un is.

• R2 și Rs sunt conectate în paralel.

• Rezultă un UOUT mai mic decât în cazul precedent.

• Exemplu: Dacă UIN= 9V, R1 = 1,6KΩ, R2 = 2KΩ, Rs = 3K Ω, calculati UOUT.

• Rezultatul arată că tensiuneascade cu 1,14V când se conectează o astfel de sarcină.

Ω=⋅=⋅+⋅⋅⋅⋅

= 1200102.1103102103102R 3

33

33

V86,316001200

12009UOUT =+

⋅=

SOLUȚIE GENERALĂ: 1. Conectarea unei sarcini pentru care curentul is să fie foartemic (cel puțin de 10 ori mai mic decât curentul prin divizor). SAU:

2. Proiectarea unui divizor astfel încât curentul prin divizor să fie cel puțin de 10 orimai mare decât is.

Page 6: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Divizoare variabile de tensiune

• Se utilizează un potențiometru.

Page 7: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

SEMICONDUCTOARE

• Curentul electric este o mișcare ordonată de sarcini electrice. Intr‐un metal, un curent electric este o mișcare ordonată de electroni = sarcinielectrice negative. Aceasta deoarece atomii de metal au e‐ din stratul de valență capabili să devină e‐ liberi și să se miște ordonat sub influența unuicâmp electric extern.

• Dpdv. al conductivității electrice un material semiconductor (Germaniusau Siliciu) ocupă o poziție între materiale conductoare și dielectrice.

• Conducția se realizează prin 2 categorii de purtători: electroni și goluri.

• Acești purtători au o anumitămobilitate putând da naștere la un curentelectric de conducție sub influența unui câmp electric.

• Dispozitivele semiconductoare se bazează pe conductibilitate extrinsecăprodusă prin impurificarea (dopare) cu substanțe străine.

Page 8: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Semiconductoare de tip n

• Dacă un semiconductor este dopat cu impurități pentavalente (antimoniu, fosfor, stibiu, arsen) atomii de impuritatecedează cu ușurințăcâte un e‐ care devine liber.

• Acest tip de atomi de impuritate se numesc DONORI.• Ei devin IONI POZITIVI fixați în rețeaua cristalină.• Nr. electronilor crește mult; se numesc purtători majoritari în semiconductorul

de tip n.

Page 9: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Semiconductoare de tip p

• Dacă un semiconductor

este dopat cu impurități

trivalente (indiu, bor,

galiu) atomii de impuritate

captează cu ușurință

câte un e‐ provenit de la

atomii vecini, conducând la

apariția de goluri.

• Acest tip de atomi de impuritate se numesc ACCEPTORI.

• Ei devin IONI NNEGATIVI fixați în rețeaua cristalină.

• Nr. de goluri va fi egal cu numărul de atomi de impuritate; se numescpurtători majoritari în semiconductorul de tip p.

Page 10: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

JONCȚIUNEA PN

• Dacă într‐un semiconductor se realizează prin procedee specialeo zonă de tip p și o zonă de tip n astfelîncât trecerea de la o zonă la cealaltăsă se facă pe o distanță foarte mică(<10‐5mm), se obține o joncțiune pn.

• Avem concentrații diferite în zonele p și n. Diferența de concentrații determină difuziapurtătorilor majoritari dintr‐o zonă în alta.

• Sarcina ionilor ficși rămâne necompen‐sată de către sarcina purtătorilor majoritari.

• In zona de separație apare o sarcină spațialăfixată în rețeaua cristalină. Această sarcinăspațială produce un câmp electric intern. Acesta este o barieră în calea difuzieipurtătorilor de sarcină.

GOL ELECTRON

JONCTIUNE

Page 11: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Polarizareajoncțiunii pn

• Joncțiunea pn este prevăzută cu două contactemetalice laterale în vederea conectăriicomponentei în circuit.

• POLARIZAREA INVERSĂ: Dacă se aplică din exterior o tensiune cu borna “‐” la p și borna “+”la n, câmpul datorat tensiunii exterioare măreștebariera de potențial. Curentul prin dispozitiv scadepractic la zero.

• POLARIZARE DIRECTĂ: Dacă se aplică din exterior o tensiune cu borna “+” la p și borna “‐” la n, câmpul datorat tensiunii exterioare micșoreazabariera de potențial. Curentul prin dispozitiv creșteputând atinge valori mari dacă nu este limitat din exterior.

Dacă tensiunea din exterior este mai mare decât 0,6 V (pentru dispozitiv construit peo pastilă de siliciu) se anulează câmpul intern și purtătorii de sarcină pot trece de cealaltă parte a regiunii de separare.

Page 12: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Dioda

• Jonctiunea pn are proprietatea neobișnuită

de a permite trecerea curentului doar într‐un singur sens (doar de la p la n). O joncțiune pn cu terminale se numește DIODA.

• Terminalul diodei care este pozitiv când dioda este polarizata direct se numeste ANOD iar celălalt se numește CATOD.

• Caracteristica statică a diodei semiconductoare reprezintă dependența curentului prin dioda, numit curent anodic, de tensiunea pe dioda(dintre anod și catod), numită tensiune anodică.

• Caracteristica teoretică:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−⎟⎠⎞

⎜⎝⎛= 1

kTeUexpIi a

sa

K300T/mV26termicatensiunee

kTUTo====

Page 13: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Aplicații ale diodelor

• Redresoare

• Redresarea este procesul de transformare a energiei electromagne‐tice a unei surse de curent alternativ în energie electromagnetica de curentcontinuu pentru alimentarea unui element consumator.

• Redresarea cu mijloace electronice este posibilă datorită proprietății de conductibilitate unidirecțională a diodelor.

• Un domeniu în care se utilizează frecvent circuite cu diode pentru realizarearedresării tensiunii alternative este cel al surselor de alimentare.

Page 14: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Redresormonoalternanță

• In semiperioada pozitivă (marcată pe desenul notat cu a)), dioda conduce lăsând să treacă un curent is(t) care dă o cădere de tensiune us(t) pe rezistența Rs.

• In cealaltă semiperioadă dioda este blocată și curentul prin circuit este practic nul.

sd

2

1

212

2s

RRnnrr

)t(u)t(i

++⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅+

= id

2

1

212 RR

nnrr =+⎟⎟

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅+

tcosURR

R

)t(uRR

R)t(iR)t(u

m2si

s

2si

ssss

ω⋅⋅+

=

=⋅+

=⋅=

si

2s RR

)t(u)t(i+

=⇒

Page 15: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Redresor bialternanță cu transformator cu

priză mediană

• Se consideră în continuare că transformatorul și diodele sunt ideale, adică rezistența secundarului transformatorului este nulă și rezistența în conducție a diodelor este nulă.

• Cele două secțiuni ale înfășurării secundarului sunt identice, adică U2’ = U2’’ .

• Diodele conduc alternativ, adicăpentru semialternanța pozitivă conduce D1 iar pentru semialternanța negativă conduce D2.

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛∈ω−

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛∈ω

=ωT,

2Ttpentru,tsinU

2T,0tpentru,tsinU

)t(um2

m2

s

Page 16: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Redresor bialternanță cu punte de diode

• In timpul semialternanței pozitive diodele D1 și D3 sunt polarizate direct, curentul închizându‐se prin Rs. Diodele D2 și D4 sunt polarizate invers, deci blocate.

• In timpul semialternanței negative D2 și D4 sunt polarizate direct și conduc, curentul închizându‐se prin Rs, în același sens ca și în cazul semialternanței pozitive. D1 și D3 sunt polarizate invers și deci blocate.

Page 17: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Filtre de netezire

• Curentul și tensiunea redresată au un caracter pulsatoriu. Pentru a obține o tensiune continuă este necesar ca pulsațiile tensiunii redresate să fie reduse cât mai mult: filtru de netezire.

• Se împart în două categorii: cu intrare pe inductanță (inductive) și cu intrare pe capacitate (capacitive).

• Utilizarea bobinei ca filtru se bazează pe proprietatea inductanței de a se opune variației curentului prin ea.

• Condensatorul se încarcă prin circuitul format din secundar și rezistența diodei care conduce (este polarizată direct). Rezistența diodei în conducție se știe că este foarte mică rezultând astfel curentul de încărcare mare și timpul de încărcare scurt.

Page 18: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Filtru capacitiv

• Condensatorul se încarcă și înmagazinează energie. • Din momentul în care tensiunea din secundar este mai mică decât tensiunea

pe condensator, condensatorul se descarcă pe rezistența Rs, furnizând energie (curent). Descărcarea se face lent deoarece Rs este mult mai mare decât rezistența în stare de conducție a diodei. In consecință tensiunea redresată este aproape continuă.

• Din figură se observă și că dioda redresoare care este în conducție conduce atâta timp cât tensiunea din secundar este mai mare decât tensiunea pe condensator.

• Din momentul în care tensiunea din secundar este mai mică decât tensiunea pe condensator, dioda se polarizează invers și se blochează și condensatorul este cel care furnizează curentul pentru Rs.

Page 19: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Dioda Zener• Dioda Zener este o joncțiune pn la care

concentrațiile impurităților sunt mult maimari decât la dioda clasică.

• La o anumită tensiune inversă, se produce o generare prin multiplicare prin avalanșă (sauefect Zener) a perechilor e‐ – gol.

• Efectul Zener constă în ruperea unor legăturicovalente și formarea unor perechi e‐ – gol.

• In consecință, curentul invers prin joncțiuneîncepe să crească brusc, tensiunea la bornele diodei rămânând aproapeconstantă.

• DZ sunt construite pentru a funcționa în mod normal pe caracteristica inversă.

Page 20: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Stabilizator de tensiune cu dioda Zener

• Stabilizatorul de tensiune este un circuit care are rolul de a menține, în anumite limitestrânse, valoarea tensiunii de alimentare a unui circuit de sarcină.

• Cel mai simplu este stabilizatorul parametric(cu dioda Zener). Din caracteristica luitensiune‐curent se observă că tensiunea pediodă rămâne constantă la variații mari ale curentului prin diodă.

• Uzo = tensiunea Zener; Iz = curentul prindioda; rz = rezistența dimanică a DZ în conducție

• Se poate înlocui DZ cu modelul liniarizat dacă Uz > Uzo si Izm < Iz <IzM.

Ei

Page 21: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Calculul rezistenței de balast

s

z

1

z

1

zi0z

0z

s

z

1

zi01z

Rr

Rr1

RrEU

UU

RU

RUEIII

++

+==⇒

⇒−−

=−=

zzozz rIUU +=

0z

0zi

0z

zi1 II

UEIIUER

+−

≈+−

=

minzmax0

min0zmaximin1

maxzmin0

max0zminimax1 II

UERII

UER+−

≥+−

Page 22: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Mărimi caracteristice pentru apreciereaperformanțelor unui stabilizator

• Un stabilizator = un cuadripol la care tensiunea de ieșire, U0, este funcție de tensiunea de intrare, Ei, de curentul de sarcina, I0, și de temperatura mediuluiambiant:

• 1. Coeficient de stabilizare, S0. • 2. Rezistenta de iesire, Ri.• 3. Coeficient de temperatura, ST.

• Pentru stabilizatorul parametric:

dTT

UdIIUdE

EUdU 0

00

0i

i

00 ∂

∂+

∂∂

+∂∂

=

tetanconsTsiIpentruEU

EU

S1

0i

0

i

0

0 ΔΔ

≈∂∂

=

teconsTsiEpentruIU

IUR i tan

0

0

0

00 Δ

Δ≈

∂∂

−=

tetanconsEsiIpentruT

UT

US i000

T ΔΔ

≈∂∂

=

1

z

s

z

1

z

1

z

i

0

0 Rr

Rr

Rr1

Rr

EU

S1

≈++

=∂∂

=

1

0z0z

1

0i1z10 R

UUIsiR

UEI;III −=

−=−=

zi10z1z

1z00 rERU

RrRrIU −−+

=−1z

1z

0

0

RrRr

IU

+=

∂∂

−⇒

Page 23: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Tranzistorul

• Este un dispozitiv semiconductor cu 3 terminale, capabil să producă o amplificare liniară a semnalului electric.

• Exista douămari categorii:

– tranzistoare bipolare, TBJ, la funcționarea cărora iau parte concomitentambele tipuri de purtători de sarcină

– tranzistoare unipolare, TEC, la funcționarea cărora participă un singur tip de purtători de sarcină.

• Structura și simbolurile pentru tranzistorul bipolar:

Page 24: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Funcționarea tranzistorului bipolar

• TBJ sunt dispozitive semiconductoare cu două joncțiuni formate dintr‐o

succesiune de 3 zone: n p n sau p n p.

Page 25: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Functionarea tranzistorului bipolar• Baza: foarte ingusta, putin

dopata; emitorul are cea maimare dopare; colectorul; jonctiunea colector –baza; jonctiunea baza‐emitor.

• In regiunea activa a caracteristiciisale statice, JBE este polarizatadirect si JCB este polarizata invers.

• Deoarece: ;Iiii;Iii;iii 0CBnBEpEBB0CBpECCnBEpEE −+=+=+=

EnBEpEnBEpEBpECBC

pEBpECpE

iiiiiiii

iii

=+=++=+⇒

+=

pE

pECN i

i=α•Raportul se numeste factor static de amplificare in

curent pentru conexiunea baza comuna si are valoricuprinse intre 0,98 si 0,998.

Page 26: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Parametrii statici ai TBJ

• Daca se neglijeaza inBE in raport cu ipE, deoarece concentratia purtatorilormajoritari din emitor este mult mai mare decat a celor din baza, rezulta: iE = ipE.

• Deoarece iB, iE si iC sunt parametrii statici ai tranzistorului se scriu cu literamare. Deci:

• In concluzie:

– tensiunea UBE este mica, corespunzatoare unei jonctiuni pn polarizatedirect;

– tensiunea UBC este mare, corespunzatoare unei jonctiuni pn polarizateinvers;

– Curentul de colector IC este aproximativ egal cu IE si IE >> IB.

( ) 0CBENB0CBENCCBE II1I;III;III −α−=+α=+=

Page 27: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

αN si βN• Prezentarea anterioara reprezinta functionarea tranzistorului cu baza la potentialul

de referinta: conexiune baza comuna, BC.

• Pentru emitorul la potentialul de referinta, conexiunea se numeste emitorcomun.Se defineste factorul static de amplificare in curent βN.

• Daca se tine cont si de curentul

rezidual ICB0 se poate scrie:

( ) ( )N

N

EN

EN

B

CN 1I1

III

α−α

=α−

α==β

( ) ;I1I

II1

II11

III

;III;III

0CBNBN

0CEBNN

0CBB

N

N

N

0CBBNC

BCE0CBENC

β−+β=

=+β=α−

+α−

α=

α−+α

=

+=+α=

• A treia posibilitate de conexiune a unui tranzistor este in conexiunecolector comun.

Page 28: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Caracteristicile statice ale tranzistorului bipolar

• În oricare dintre conexiunile fundamentale se disting două circuite: un circuit de intrare, în care se aplică semnalul pentru prelucrare şi un circuit de de ieşire, în care se obține semnalul prelucrat. Una din bornele tranzistorului face parte din ambele circuite şi se ia ca terminal de referință.

• Caracteristicile statice ale tranzistorului exprima legaturile dintre curentiiprin tranzistor si tensiunile aplicate, in regim stationar. Se dau sub forma grafica, de obicei.

• Principalele caracteristici ale tranzistorului bipolar sunt:– Familia caracteristicilor de iesire care da dependenta curentului din circuitul de

iesire in functie de tensiunea la bornele de iesire si curentul de intrare.– Familia caracteristicilor de intrare care da dependenta curentului din circuitul de

intrare in functie de tensiunea la bornele de intrare si de tensiunea la bornele de iesire.

Page 29: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Caracteristici in conexiunea EC

• Pentru conexiunea EC:– Caracteristica de iesire este IC= f1

(UCE, IB);– Caracteristica de intrare este IB= f2

(UBE, UCE);• Pentru un TBJ in conexiune EC: UCB= UCE‐

UBE.• Regiunea sau zonele de lucru pentru

TBJ:– UCB= UCE‐ UBE>0 = zona activa– UCE< UBE baza este mai pozitiva decat

colectorul = zona de saturatie– Daca UBE scade va scadea si IB= zona

blocata

Page 30: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Polarizarea TBJ ‐ alegerea PSF• Circuitele de polarizare asigură plasarea tranzistorului într‐un punct static

de funcționare (PSF) pe carcteristicile de ieşire şi intrare. PSF‐ul este caracterizat de 4 mărimi: UBE, IB, UCE şi IC care sunt tensiunile şi curenții de intrare şi ieşire, mărimi legate prin cele două familii de carcacteristici. Sunt deci suficiente două mărimi pentru a preciza PSF‐ul deoarece celelalte două se extrag din caracteristici.

• Coordonatele PSF‐ului, adică IC şi UCE (din caracteristici rezultă IB şi UBE) se stabilesc în funcție de destinația circuitului. Întotdeauna PSF‐ul se află pe dreapta de sarcină. Pentru circuitul din figură, în care considerăm condensatoarele cu reactanță neglijabilă numai în regim dinamic, pentru regim static se poate scrie:

• Dreapta de sarcină statică se reprezintă prin tăieturi pe caracteristica de ieşire.

( )EC

C

EC

CECECCCEC RR

ERR

UIRRIUE+

++

−=⇒++=

Page 31: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Polarizarea tranzistoarelor bipolare

• A. Plarizarea cu două surse de tensiune de alimentare independente

• Tensiunile EB şi EC se aleg de valori corespun‐zătoarepentru asigurarea excursiei maxime de tensiune în regim dinamic.RE se alege impunând condiția: URE

≤(0,1 ÷ 0,2)EC. Când nu se impun condiții speciale de stabilizare a PSFla variația temperaturii mediului, se poate lua RE = 0.

B

ECBEBB

C

ECCECC

IRIUE

R

siI

RIUER

−−=

−−=

Page 32: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Polarizarea tranzistoarelor bipolare

• B. Circuitele de polarizare de la o singură sursă de alimentare se realizează în două variante:– B1). Circuit cu reistență serie în bază– B2). Circuit cu divizor de tensiune în bază

• Pentru primul circuit, se recunoaşte circuitul de polarizare cu două surse de alimentare, de data aceasta sursele fiind identice (EB = EC). Referitor la RE sunt valabile cele arătate mai sus. Circuitl de polarizare cu divizor (rezistiv) de tensiune în bază asigură o stabilitate mai bună a PSF‐ului cu temperatura.

C

ECCECC

B

ECBECB I

RIUERsiI

RIUER −−=

−−=

Page 33: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Polarizarea tranzistoarelor bipolare

• Mărimile UBE şi IB se determină din caracteristicile statice. Totuşi, UBE se poate aprecia cu aproximație (aproximativ egal cu 0,6 V) iar dacă se cunoaşte βse poate folosi relația IB = IC / β.

• În cazul circuitului cu divizor de tensiune în bază, după ce s‐a determinat valoarea pentru rezistorul RE se poate scrie:

• cu mențiunea că UBE şi IB se determină, în general, din caracteristicile statice iar ID se alege: ID= (10 ÷20) IB.

C

ECCECC

D

ECBE2B

BD

ECBEC1B I

RIUERsi

IRIU

R,II

RIUER

−−=

+=

+−−

=

Page 34: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Tranzistorul bipolar în regim dinamic la joasă frecvență

• Funcția cea mai importantă a unui tranzistor este cea de amplificare. Aceasta presupune existența unui circuit de intrare ce conține generatorul de semnal ce urmează a fi amplificat şi un circuit de ieşire ce conține sarcina pe care se culege semnalul amplificat, legată de ieşirea tranzistorului.

• În condițiile semnalului mic, porțiunile de pe caracteristicile tranzistorului în jurul P.S.F. se pot aproxima prin porțiuni drepte, tranzistorul putând fi reprezentat printr‐un cuadripol activ liniar, în care intrarea şi ieşirea au o bornă comună.

• Din cele şase moduri de legătură între variabilele independente se alege curentul şi tensiunea drept varibile independente obținându‐se parametrii hibrizi (parametrii h).

Page 35: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Parametrii h• h11 = impedanța de intrare când

ieşirea este în scurtcircuit (la variații)

• h12 = coeficient de reacție inversă de tensiune cuintrare a în gol

• h21 = factor de amplificare a curentului cu ieşirea în scurtcircuit

• h22 = admitanța de ieşire cu intrarea în gol

• Parametrii de cuadripol depind de temperatură, P.S.F. şi frecvență, fiind în general nişte mărimi complexe. La frecvențe joase pot fi considerate ca mărimi reale independente de frecvență.

⎩⎨⎧

⋅+⋅=⋅+⋅=

2221212

2121111

vhihivhihv

0v1

111

2ivh

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

0i2

112

1vv

h=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

0v1

221

2iih

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

0i2

222

1vih

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

Page 36: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Modelul cu parametrii h ai TBJ

• Pe baza relatiilor prezentate se pot construi circuitul echivalent cu parametrii h al tranzistorului.

• Dacă se folosesc diferite coneziuni (EC,CC sau BC) atunci parametrii h au indicele corespunzător tipului de coneziune (e,c sau b). Dacă se notează cu Rg rezistența generatorului şi Rs rezistența de sarcină a circuitului se pot defini şi obține performațeletranzistorului.

⎩⎨⎧

⋅+⋅=⋅+⋅=

2221212

2121111

vhihivhihv

Page 37: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Modelul cu parametrii h ai TBJ

• Pe baza relatiilor prezentate se pot construi circuitul echivalent cu parametrii h al tranzistorului.

• Dacă se folosesc diferite coneziuni (EC,CC sau BC) atunci parametrii h au indicele corespunzător tipului de coneziune (e,c sau b). Dacă se notează cu Rg rezistența generatorului şi Rs rezistența de sarcină a circuitului se pot defini şi obține performațeletranzistorului.

⎩⎨⎧

⋅+⋅=⋅+⋅=

2221212

2121111

vhihivhihv

Page 38: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Impedanța de intrare

• Impedanța de intrare se defineşte ca impedanța văzută de la bornele de intrare când eg = 0, Rg =∞.

• În circuitul echivalent cu parametrii h al tranzistorului se pot scrie relațiile:

∞==

=gg R,0e1

11 i

vz

2121111 vhhiv ⋅+⋅=

22s

s211

22s2112 hR1

Rhi

h1Rhiv

⋅+⋅⋅−=⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅⋅−=

s22

s111

s22

s21122211111

22s

s211121111 Rh1

Rhhi

Rh1R)hhhh(h

ihR1

Rhihhiv

⋅+⋅Δ+

⋅=⋅+

⋅−⋅+=

⋅+⋅⋅⋅−⋅= ⋅

s22

s11

1

1

Rh1Rhh

iv

⋅+⋅Δ+

=⇒

Page 39: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Impedanța de ieşire

• Impedanța de ieşire se defineşte ca impedanța vazutăde la bornele de ieşire când Rs=∞ şi eg=0 :

0e,R2

22

gsiv

Z=∞=

=

g11 Riv ⋅−= 2121111 vhihv ⋅+⋅=

g11

1221 Rh

hvi+⋅

−=

( ) ( ) ( ) 22112g112g1122222g11

221122

2212122 vhhRhiRhhv

h1

Rhvhh

ih1ihiv ⋅⋅++⋅=+⋅⇔⋅⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

+⋅⋅

+=⋅⋅−=

g22

g11

2

2

RhhRh

iv

⋅+Δ

+=⇒

Page 40: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Amplificarea în curent

• Amplificarea în curent: se defineşte ca raportul între curentul de la ieşire şi curentul de la intrare:

1

2i i

iA =

s22 Riv ⋅−= ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅⋅−=

22s1212 h

1Rihv

s22

s121s2

22s121s2 Rh1

RihRi

h1RihRi

⋅+⋅⋅=⋅⇒⎟⎟

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅⋅=⋅⇒

s22

21

1

2

Rh1h

ii

⋅+=⇒

s22

21

1

2i Rh1

hiiA

⋅+==⇒

Page 41: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Amplificarea în tensiune

• Amplificarea în tensiune: se defineşte ca raportul între tensiunea de la ieşire şi tensiunea de la intrare:

1

2u v

vA =

2121111 vhhiv ⋅+⋅= 1112121 hivhv ⋅=⋅−⇒

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅⋅−=

22s1212 h

1Rihv 111s22

s121121 hi

Rh1R

ihhv ⋅=⋅+

⋅⋅⋅+⇒

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⋅+⋅⋅

−⋅=⇒s22

s21121111 Rh1

Rhhhiv

s11

s21

s2112s221111

s21

s22

s2112111

s22

s121

1

2

RhhRh

RhhRhhhRh

Rh1Rhhhi

Rh1Rih

vv)2(),1(

⋅Δ+⋅

−=⋅⋅−⋅⋅+

⋅−=

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⋅+⋅⋅

−⋅

⋅+⋅⋅

−=⇒

11s

s21

1

2u hRh

RhvvA

+⋅Δ⋅

−==⇒

Page 42: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Principiile amplificatoarelor electronice

• Cu ajutorul amplificatoarelor se obțin, pe o sarcină, semnale de puteremai mare în comparație cu semnalele disponibile dar de putere mai mică. Forma de variație în timp a semnalelor trebuie să fie identică. Energiasemnalului amplificat de la ieşire se obține pe baza energiei sursei de alimentare cu tensiune continuă a amplificatorului.

• Atât la intrarea cât şi la ieşirea amplificatorului există un curent, o tensiune şi deci o putere. Amplificarea reprezintă raportul dintre una dintre aceste mărimi de la ieşire şi mărimea corespunzătoare de la intrare. Astfel se deosebesc:amplificarea de tensiune, amplificarea de curent, amplificarea de putere:

i

eU U

UA =

i

eI I

IA =

i

eP P

PA =

Page 43: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Caracteristicile amplificatoarelor

• Tensiunea sau curentul de la ieşire nu coincid în general ca fază cu ten‐siuneasau curentul de la intrare (amplificatorul conține şi elemente reac‐tive) astfel că amplificarea respectivă este o mărime complexă îngeneral.

ϕ= jeAA A = reprezintă modulul amplificării în valori absolute iar ϕreprezintă defazajul dintre mărimea de la ieşire şi cea de la intrare.

• Deseori modulul amplificării se exprimă în unități logaritmice, în special decibeli. Amplificarea de putere în decibeli sau “câştigul de putere” se defineşte prin relația:

Pi

eP Alog10

PPlog10G ==

• Amplificarea de tensiune şi curent în decibeli sau “câştigul de tensiune şi curent” se definesc prin relațiile:

UU Alog20G =II Alog20G =

Avantajul că la conectarea în cascadă a mai multor etaje de amplificare câştigul este suma câştigurilor parțiale deoarece amplificarea totală este produsul amplificărilor parțiale:

321321 GGGG,AAAA ++=⋅⋅=

Page 44: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Distorsiunile de frecvență

• Amplificatoarele conțin elemente rezistive, capacitive (condensatoarele şi capacitățile tranzistoarelor) şi inductive, concentrate sau distribuite.

• Astfel, modulul amplificării variază în funcție de frecvența semnalului aplicat la intrare. Un semnal nesinusoidal aplicat la intrare va prezenta la ieşire distorsiuni de frecvență deoarece componentele sale de diferite frecvențe sunt amplificate în mod diferit.

• Mărimea distorsiunilor de frecvență introduse de amplificator se exprimă “calitativ” pe baza “caracteristicii de frecvență” a amplificatorului care reprezintă dependența modulului amplificării de frecvență.

Page 45: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Distorsiunile de frecvență• Distorsiunile de frecvență se măsoară prin

abaterile amplificării față de valoarea A0 de la frecvențele medii ale benzii de frecvență.

• Pentru amplificatoare se definesc limitelebenzii de frecventa (frecventele fi si fs) ca fiind acele valori de frecventa la care puterea semnalului de la iesireaamplificatorului a scazut la jumatate din valoarea puterii semnalului de la iesire avutapentru frecventa de 1 KHz.

• Notand P1 = puterea semnalului la iesirepentru 1KHz si P2 = puterea semnalului la iesire pentru frecventa fi sau fs se observa ca la limitele benzii de frecventa castigul de putere scade cu 3 decibeli.

dB321lg10

PPlg10

1

2 −==

707,010UU

dB3UUlg20

RURU

lg10PPlg10

203

1

2

1

221

22

1

2

==⇒

−===

Page 46: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Amplificator in conexiune EC – comportarea la semnal mic

• C1, C2 = condensatoare de cuplaj deoareceele permit trecerea semnalului variabilspre amplificatorul propriu‐zis, respectivspre sarcina.

• CE = condensator de decuplare, decupleaza pentru semnal variabilrezistenta RE.

• Se deseneaza schema echivalenta pentrusemnal mic, inlocuind tranzistorul cu modelul cu parametrii h simplificat.

Page 47: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Caracteristici pentru conexiunea EC

• Rezistenta de intrare:

e11b

bei h

iuR == ( ) i2B1Bis RRRR =

• Amplificarea de tensiune:

e11

de21

e11b

SCbe21ubei

i

su h

Rhhi

)RR(ihAuu;

uuA ⋅−

=⋅

⋅−=⇒==

• Amplificarea in raport cu tensiunea eg a sursei de semnal:

g

iu

g

i

i

s

g

su e

uAeu

uu

euA

g⋅=⋅==

( ) isg

is

isg

is

g

i

RRR

RRiRi

eu

+=

+⋅

=

isg

isuu RR

RAAg +=⇒ uu AA

g<⇒

Page 48: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

TRANZISTOARE UNIPOLARE ‐ TECJ• Tranzistorul cu efect de camp cu

jonctiune (TECJ)

• Terminale: drena (D), sursa (S), grila (G) si baza sau substrat (B).

• Stratul din mijloc este slabimpurificat, astfel ca regiunile de trecere ale celor doua jonctiunipatrund mult in acest strat de mijloc fara insa a se uni.

• Intre D si S existä o posibilã cale de trecere a unui curent electric prin volumulsemiconductorului n, incadrat geometric de cele douã jonctiuni, volum ce poartanumele de canal.• Exista TECJ cu canal n si TECJ cu canal p. Functionarea acestor două structuri este similară(tensiunile si curentii vor fi de semne contrare).

Page 49: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Functionarea TECJ cu canal n

• a). Consideram initial UGS =0. Daca acum se aplica o tensiune exterioara UDS aceasta va cauza aparitiaunui curent iD intre drena si sursa prin canal. Conductia este asigurata de purtatorii majoritari si cucat tensiunea UDS creste un numar tot mai mare de electroni vor participa la conductie deci valoareacurentului iD este proportionala cu tensiunea UDSaplicata.

Daca UDS creste in continuare, la un moment dat toti purtatorii din canalulformat vor participa la conductie. Acesta reprezinta momentul ajungerii la regimul saturat, cand iD nu mai creste la cresterea UDS.

• b). Daca UGS < 0. Zona de trecere a jonctiunilor se va largi deoarece J1 si J2 vor fi polarizate invers. Largirea zonelor de trecere se face in detrimentul canalului, care se va ingusta. Daca acum se aplica uDS > 0, din nou iD creste proportionaI cu UDS pana in momentul atingeriisaturatiei. De remarcat urmatoarele:‐ Cresterea lui iD va fi mai mica decal in cazul UGS=0 deoarece rezistenta canalului ingustat este mai mare (R = ρl / S).‐ UDS se distribuie uniform de‐a lungul canalului intre D si S, ceea ce face ca J1 si J2 sa fie mai puternic polarizate invers in dreptul D decat al S.

Page 50: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Functionarea TECJ cu canal n

• c). pen tru UGS ≤ UP. Tensiunea UP se numeste tensiune de prag. Valoarea eieste tipica pentru fiecare tranzistor, fiinddata in catalog.

• UP reprezinta tensiunea pentru care zonele de trecere sunt atat de extinse, incat canalul este complet intrerupt. Orice tensiune uDS pozitiva am aplicaacum, curentul iD este extrem de scazut, fiind considerat practic nul.

• Observatie importanta: pe toata durataexpenimentului nostru ipotetic, curentulIG este tot timpul de valoare extrem de scazuta fiind reprezantat de curentulinvers (de saturatie) al jonctiunilor J1 si J2 polarizate invers.

Caracteristicile de iesire ale TECJ

Page 51: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Caracteristica de transfer

• Caracteristica de transferreprezinta dependenta marimiide la iesire (iD) de marimea de la intrare (uGS): iD= f(uGS).

• Poate fi determinata experi‐mental si cunoscuta grafic. Rezultatele arata insa ca aceastadependenta poate fi aproximatabine de urmatorul model matematic.

Relatia reprezentata grafic in figura arata ca teoretic iD nu depinde de UDS ci valoarea lui este data numai UGS, deci TECJ se comporta pentru circuitul de drena ca un generatorde curent constant, comandat de tensiunea grila‐sursa si independent de valoareatensiunii UDS.

Page 52: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

TECJ in regim de curent continuu• Polarizarea TECJ cu doua surse de

tensiune.

• Polarizarea = aducerea cu ajutorulunor circuite externe a unorpotentiale Ia electrozii dispozitivului. Daca aceste potentiale sunt continue, ele asigura PSF si plaseazadispozitivul in zona dorita a caracteristicilor.

• De mentionat ca in toate aplicatiilepractice, curentul de grila poate fi neglijat pentru tensiuni uGS negative. Pentru toate aplicatiile consideramcunoscute UP si IDSS pentru TECJ.

Page 53: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

TRANZISTOARE UNIPOLARE ‐ TECMOS

• Tranzistor cu Efect de Camp de tip Metal ‐Oxid – Semiconductor (TECMOS).

• Tranzistoarele TECMOS (Field Effect Transistor = FET) exploateaza comportareastructurii metal‐oxid‐semiconductor, la toate aceste tranzistoare poarta find o pelicula metalica izolata de materialul semiconductor printr‐un strat de dielectricformat din oxid de siliciu.

• Structura metal‐oxid‐semiconductor este ca si un condensator, Ia care stratulde oxid reprezinta dielectricul iar metalul si semiconductorul reprezinta“armarturile”. Grosimea oxidului este de ordinul 0,1 μm. Prin aplicarea uneitensiuni Ia borne prin fenomenul de inducție electrostatică apar pe fețele oxiduluiacumulări de sarcini.

• Stratul superficial din semiconductor in care are loc modificarea concentratieipurtatorilormajoritari si implicit a conductivitatii, se numeste canal si are grosimea de Ia sutimi de microni pana Ia cativa microni (µm).

In concluzie, in semiconductor exista o zona careia i se poate modificaconductivitatea prin polarizarea adecvata a structurii MOS.

Page 54: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

TECMOS cu canal initial• Structura, simbol, functionare• D ‐ drena, G ‐ grila, S ‐ sursa, B ‐ baza

(substrat). De obicei baza este legata la substrat, si astfel unele TECMOS au doar treiterminale exterioare.

• a). Consideram initial UGS =0. Aplicând acumo tensiune exterioara UDS aceasta va cauzaaparitia unui iD intre drena si sursa, princanal. Conductia este asigurata de purtatoriimajoritari de tip n. Cu cat tensiunea UDScreste, un numar tot mai mare de electroniparticipa la conductie deci valoareacurentului iD este proportionala cu tensiuneaUDS aplicata. Daca UDS creste in continuare la un moment dat toti purtatorii din canal vor participa Ia conductie. Acesta reprezintamomentul ajungerii la regimul saturat, candiD nu mai creste daca creste uDS .

Page 55: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

TECMOS cu canal initial• b). Daca uGS < 0. Acum canalul va intra in

regim de saracire si ca urmare numarul de purtatori liberi din canal va scadea. Dacaacum se aplica o tensiune UDS curentul de drena va creste proportional cu tensiuneadar saturatia se va atinge mai repede, la o valoare mai mica a curentului iD.

• c). pentru uGS ≤ UP. Daca tensiuneanegativa aplicata intre grila si sursadepaseste o valoare numita tensiune de pragUP, toti purtatorii liberi vor fi expulzati dincanal. Orice tensiune UDS pozitiva am aplicaacum, curentul iD este extrem de scazut, findconsiderat practic nul.

• Valoarea tensiunii de prag este tipica pentrufiecare tranzistor, fiind data in catalog.

Page 56: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Caracteristici pentru TECMOS• Observatie: Curentul de grila al

TECMOS este extrem de scazut fiindreprezent doar de curentul de pierderi al oxidului. Iata comparativ, care sunt valori ale curentilor dincircuitul de comanda al tranzistoarelor studiate:

• tranzistor bipolar: IB = 10‐6A (diodapolarizata direct)

• TECJ: IG = 10‐9A

• TECMOS: IG=10‐12A (pierderi in dielectric)

Este de remarcat asemanarea dintre caracteristicile TECJ si TECMOS cu canal initial.I. Zona activa. iD creste aproape liniar cu UDS

caracteristicile putând fi privite ca drepte ce trec prinorigine. Acest fapt face ca in aceasta zona tranzistorul sa se comporte intre drena si sursa ca o “rezistenta drena‐sursa” a carei valoare poate fi comandata de tensiuneauGS.

Caracteristica de transfer

Page 57: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Amplificatoare operaționale

• AO este un circuit electronic care reuneşte următoarele proprietăți:

– câştig în tensiune foarte mare;

– rezistență de intrare foartemare;

– rezistență de ieşire foarte mică;

– posibilitatea de a fi utilizat într‐obuclă de reacție negativă;

– factor de rejecție pe mod comunfoarte mare;

Page 58: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

AO ‐ simbol şi semnificații

• 2 intrări (intrare inversoare, intrare neinversoare), Ui1 şi Ui2,

• o singură ieşire, de ex. Ue,

• surse de alimentare

(de obicei simetrice),

V‐ şi V+ .

• Potențial de referință arbitrar

(potențialul față de care se calcu‐

lează tensiunile de alimentare).

Page 59: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar
Page 60: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Amplificatoarele operaționale ideale

• Se consideră că au următoarele proprietăți:– amplificare de tensiune in bucla deschisa infinită, – rezistență de intrare diferențială infinită,– rezistență de ieşire nulă,– curent de polarizare (intrare) nul,– bandă de frecvență foarte largă (asfel încât nu intervine înfuncționarea circuitului),

– decalaje inițiale, derive, zgomot nule,– factor de rejecție a semnalului comun infinit,– factor de rejecție a variației tensiunilor de alimentareinfinit.

Page 61: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

AO ideal

CONCLUZIE:

• La amplificatorul operațional ideal avem:

– curentul de intrare al AO ideal este nul,

– diferența de potențial dintre intrări este nulă.

• Calculele circuitelor cu AO se efectueazăconsiderând AO ideal atât timp cât ERORILE AO real nu intervin semnificativ în tensiunea de ieşire.

Page 62: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

APLICAȚII ALE AO

• 1. Circuite elementare cu AO ideal

• 1a. Amplificatorul inversor

‐ Rezistența de intrare,

Rir ≈ R1 (n × 10 KΩ) ‐ Rezistența de ieşire

este neglijabilă

1

r

11

r1

1

eur R

RRIRI

UUA −=

−==

Page 63: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

APLICAȚII ALE AO

1b. Amplificatorul neinversor

‐ Rezistența de intrare este

foarte mare (n × 10 MΩ);‐ Amplificarea de tensiune

poate fi doar supraunitară;

1

r

r1

1e

e

2

eur R

R1

RRRU

UUUA +=

+

==

Page 64: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

APLICAȚII ALE AO

1c. Amplificatorul neinversor cu divizor

‐ Rezistența de intrare

scade (n × 10 KΩ);‐ Amplificarea de tensiune

poate fi şi subunitară;

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

+=⎟⎟

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

1

r

32

32

1

r'e R

R1RR

RURR1UU

Page 65: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

APLICAȚII ALE AO

• 1d. Repetorul cu AO‐ rezistență de intrare

foarte mare;Cazul ideal:

(Caz real: Auo= 200000,pentru U2= 6V avem Ue= 5,99997000014999925 VUi = 29,99985000749962500 μV)

2e UU =

Page 66: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

APLICAȚII ALE AO

1e. Amplificatorul de diferențăde tensiuni‐ principiul superpoziției:

Condiții:R1||Rr = R2||R3 şi

rezultă: R2=R1 şi R3=Rr şi rezultă:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

+=

1

r

32

3

1

r

RR1

RRR

RR

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

++−=

1

r

32

32

1

r1e R

R1RR

RURRUU

( )1

r12e R

RUUU −=

Page 67: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Circuite pentru operații aritmetice simple

• 2a. Sumator inversor

R’= R1||R2||...||Rn||Rr

∑=

−=n

1k k

rke R

RUU

Page 68: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Circuite pentru operații aritmetice simple

• 2f. Amplificatorul logaritmic

Co1

1T

Co

CTBEe

IRulnU

IilnUuu

−=

−=−=

T

BEUu

CoC eIi =

Page 69: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Integratorul inversor

• Integratorul inversor

• În regim sinusoidal:

CRdtu

Cdti

CdQdudu Ce

1

11 −=−=−=−=

∫−= dtuCR

ue 11

1

11

11

11

1CRju

CRju

RZuu r

e ω=

ω−=−=

tcosutsinu emm ω⇒ω1

Page 70: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Comparatoare de tensiuni cu AO• indică, prin tensiunea de ieşire, situația

relativă a două tensiuni (cu acelaşi semn) aplicate la intrări.

• una din tensiuni este variabilă iar cealaltă este fixă = „pragul comparatorului”.

• zonă de indecizie – ΔUi

Page 71: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Stabilizatoare de tensiune continuă• Sursă nestabilizată = transformator, redresor şi un filtru• Dezavantaje: 1. Tensiunea de ieşire nu este constantă dacă se modifică sarcina;2. Componenta continuă a tensiunii de ieşire se modifică o dată cu modificarea

tensiunii alternative de alimentare (-20%, +10%);3. Tensiunea de ieşire se modifică cu temperatura.• Sursă stabilizată ideală de tensiune continuă = furnizează o tensiune

continuă care este independentă de curentul de sarcină, de temperatură şide variaţiile tensiunii de alimentare.

• Cel mai simplu stabilizator: stabilizatorul parametric (cu DZ).

Page 72: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Stabilizatoare de tensiune continuă

Structura de bază pentru Us>Uref. Structura de bază pentru Us <Uref.

ref2

1s U

RR1U ⎟⎟

⎞⎜⎜⎝

⎛+= ref

21

2s U

RRRU+

=

Page 73: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Stabilizatoare de tensiune continuă

Pentru protecţia ERS =element de reglare serie:- protecţia la supracurent,- limitare termică,- limitarea curentului la creşterea tensiunii.

Page 74: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Stabilizatoare de tensiune- protecţia ERS

• Amplasarea circuitelor de protecţie şi realizarea lor

Page 75: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Stabilizatoare de tensiune- protecţie la supracurent

Stabilizator cu limitare a curentului de ieşire.

Se impune valoarea curentului de sarcinăla care să înceapă protecţia, se determinăvaloarea Rsc.Ex. : IM =400 mA rezultă

Când curentul de sarcină ajunge la valoarea impusă, sursa de tensiune devine o sursă de curent constant şi tensiunea la ieşire se apropie de 0V.

refs UU =sc

BEM R

UI ≅

Ω=== 5,1A4,0V6,0

IUR

M

BEsc

Page 76: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Stabilizatoare de tensiune realizate cu AO

• Stabilizator de tensiune fixă pozitivă

e

oS d

UU =

( )21

2e RR

Rd+

=

.ctT.,ctSISUES

==ΔΔ

=

.ctT.,ctES

Se I

UR==

ΔΔ

−=

( )uu

peE

uupeEe A

RRA1

1RRRβ

+≅

β−+−≅

.ctSI.,ctES

ST TU

UK==

ΔΔ

=

Page 77: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Stabilizatoare de tensiune- caracteristici

• Calitatea stabilizatorului de tensiune:

• curent maxim de ieşire al AO de 10 mA, ERS are un factor βmin = 50, rezultă un curent maxim de sarcină de 500 mA.

• La proiectare:– Pentru stabilirea valorii E, se va adopta E = (1,1…1,2)Emin unde Emin este:

Emin = USmax + UCEls.ERS + ΔUrezervă + urm.– Puterea disipată maximă pe ERS este dată de relaţia:

Pdmax = (Emax - USmin – UPm)ISmax

dTT

UdIIUdE

EUdU S

SS

SSS ∂

∂+

∂∂

+∂∂

=

TUKIRSEU STSeS Δ+Δ+

Δ≅Δ

Page 78: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Regulatoare de tensiune fixă cu 3 terminale

• Seria Motorola MC 7800C (5, 6, 8, 12, 15, 18, 24V).• Există 4 tipuri de capsule; • Curentul maxim nu depăşeşte 1 A.• Date de catalog: - tensiunea minimă pe integrat între intrare – ieşire: 2,5 V la 1A;- coeficientul de stabilizare a tensiunii: S = 4000, (∆US ≈ 1...2 mV);- produsul Re ×∆ISmax (variaţia tensiunii cu curentul de sarcină): 15mV;- Re =3 mOhm- variaţia tensiunii cu temperatura: este de 1,1 mV/oC.

Page 79: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Circuite logice

• Un circuit logic este un ansamblu de elemente electrice şi electronice cu ajutorul cărora se efectuează operaţii logice elementare.

• Ele funcţioneaza în maniera binară, folosind elemente sau dispozitive care se pot afla în două stări distincte, cărora li se asociază valorile binare 1 şi 0.

• Exista niveluri de tensiune asociate nivelurilor logice.• În categoria CL se încadrează circuite care efectuează funcţiile cele mai

simple: SAU (OR), ŞI (AND), NU (NOT), SAU-EXCLUSIV (XOR).• Aceste operaţii logice se realizează cu ajutorul unor circuite numite porti

logice, sau pe scurt, porti. • Mai multe porti logice se fabrica impreuna intr-un circuit integrat (CI).

Page 80: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Circuite logice• A. Poarta logica SI: simbol,

circuit, tabel de adevar.• CI 7408 contine 4 porti SI cu cate

2 intrari, intr-o capsula de 14 pini.• O adancitura semicirculara sau

una rotunda indica intotdeaunapozitia pinului 1.

• Circuit pentru verificareafunctionarii:

BAZ ⋅=

Page 81: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Circuite logice• B. Poarta logica SAU: simbol,

tabel de adevar.• CI 74LS32 contine 4 porti SAU cu

cate 2 intrari, intr-o capsula de 14 pini.

• C. Inversorul: simbol, tabel de adevar.

• D. Porti SI-NU:

BAZ +=

)DCBAZ( +++=

Page 82: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Circuite logice• D2. Porti SAU-NU:

• E. Porti SAU-EXCLUSIV:

BABAZ ⋅+⋅=

Page 83: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Circuite combinationale• Tabelul de adevar este o modalitate de a determina iesirea unui circuit logic mai

complicat. • Exemplu: Sa se determine iesirea pentru circuitul din figura.

• Al doilea mod de rezolvare: utilizarea identitatilor logice.

• Teoremele lui De Morgan:

Page 84: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Circuite combinationale

BABABAZZ ⋅=⋅=+==

Page 85: Fundamente de Inginerie Electronica Curs 1-7-2011 - Dorina Isar

Exemple de circuite combinationale• 1. Selector de date (multiplexor)

• Distribuitor de date (demultiplexor). Prima linie a tabelului de adevar are urmatoarea semnificatie: daca data este “0” atunci toate iesirile sunt “0”, indiferent (semnul x) de starea logica a oricarei intrari de selectie A si B. x inseamna “nu conteaza”. Daca data este “1”, ea apare ca “1” la una dintre iesiri, si anume la aceea care a fost selectata. Iesirile neselectate vor ramane pe “o”.