Dispozitive Electronice ÅŸi ElectronicÄƒ AnalogicÄƒ2

8/14/2019 Dispozitive Electronice i Electronic Analogic2

1/232

Dispozitive Electronice i

Electronic Analogic

1


2/232

PARTEA I

Capitolul I. Noiuni introductive

1. Mrimi electrice utilizate n sisteme electronice

ntr-un sistem electronic, mrimile electrice sunt utilizate pentru codarea i transmiterea

informaiei. Uzual, informaia este codat prin intermediul tensiunii electrice, sau/i a curentului

electric.

a. Curentul electric: generarea unui curent electric necesit deplasarea de sarcin electric prin

intermediul unui conductor. Deplasarea sarcinii electrice implic existena unei diferene de

potenial electric ntre 2 puncte A i B ale conductorului respectiv. Diferena de potenial electric

poate fi generat prin utilizarea unei baterii, ca n Figura 1:

2


3/232

Figura 1. Apariia unui curent electric printr-un conductor.

Expresia curentului electric, notat uzual cu litera i, este prezentat n relaia 1.1:

dtdqi = 1.1

iar unitatea de msur a curentului electric este amperul, notat A. Curentul electric are

ntotdeauna un sens de deplasare, care este sensul opus al deplasrii electronilor prin conductor.

OBS:

1. din relaia 1.1 se remarc faptul c dac, cantitatea de sarcin electric q este constant ntr-o

anumit arie a conductorului, atunci curentul electric i este egal cu 0A (dac q=const.

dq/dt=0).

2. sarcinaelectric q este constant ntr-o anumit arie a conductorului, dac aceasta nu este

deplasat; sarcina electric q nu este deplasat ntr-o anumit arie a conductorului, dac

conductorul respectiv NU este alimentat de la o baterie n absena unei baterii, curentul

electric printr-un conductor (i generaliznd, printr-un sistem electronic) este egal cu 0A.

b. Tensiunea electric: este egal cu diferena de potenial electric dintre 2 puncte (noduri)

diferite ale unui circuit electronic, aa cum este sugerat n Figura 2:

3


4/232

Figura 2. Tensiunea electric ntre punctele A i B.

Expresia tensiunii electrice, notate uzual cu litera v (sau u), este prezentat n relaia 1.2:

BAAB VVv = 1.2

iar unitatea de msur a curentului electric este voltul, notat V. Tensiunea electric este notat

cu o sgeat, sensul sgeii fiind corelat cu ordinea termenilor din relaia 1.2, adic, tensiunea vAB

are sensul de la nodul A (primul termen al relaiei 1.2) spre nodul B (al 2lea termen al relaiei 1.2).

OBS. Tensiunea electric ntre dou puncte A i B care au acelai potenial, este egal cu 0V (dac

vA=vB, atunci conform relaiei (2) vAB=0V).

2. Tipuri de sisteme electronice

Din punct de vedere a reprezentrii n timp a informaiei (informaia este codat prin

intermediul tensiunii electrice sau a curentului electric), sistemele electronice se mpart n dou

mari categorii:

4


5/232

Figura 3. Modul de reprezentare a informaiei (codat prin intermediul tensiunii electrice) n cele 2 tipuri de

sisteme electronice.

A.sisteme electronice analogice: informaia este reprezentat n timp ntr-un format continuu,

putnd lua o infinitate de valori dintr-un anumit domeniu de valori. De exemplu, ntr-un sistem

electronic n care informaia este codat prin intermediul tensiunii electrice, tensiunea electric

(informaia) poate lua oricare valoare n intervalul 05V, ntr-un interval de timp. Exemple de

sisteme electronice analogice: amplificatoare de tensiune, oscilatoare, stabilizatoare de tensiune,

redresoare de tensiune, etc.

B. sisteme electronice digitale: informaia este reprezentat n timp ntr-un format discret,

putnd lua valori numai dintr-o mulime finit de valori (uzual, mulimea de valori are doar 2

elemente), ntr-un anumit domeniu de valori. De exemplu, ntr-un sistem electronic n care

informaia este codat prin intermediul tensiunii electrice, tensiunea electric (informaia) poate

lua doar dou valori 0V i 5V (aceste valori definesc biii cu care lucreaz aceste sisteme; bitul 0

este codat printr-o tensiune egal cu 0V, iar bitul 1 este codat printr-o tensiune egal cu 5V), ntr-

un interval de timp. Exemple de sisteme electronice digitale: microprocesoare, microcontrolere,

procesoare digitale de semnal, etc.

C. sisteme electronice mixte: informaia este reprezentat n timp att n format discret, ct i

n format continuu.

3. Regimurile de funcionare ale sistemelor electronice

Regimurile n care sistemele electronice, care urmeaz a fi analizate, vor funciona sunt:

A. Regimul de curent continuu: n acest regim, valorile mrimilor electrice ale sistemului

electronic sunt constante n timp.Aadar, sistemul electronic este caracterizat prin intermediul

tensiunilor continue(o tensiune a crei valoare NU se modific n timp) i a curenilor continui

(un curent a crei valoare NU se modific n timp). Determinarea acestor mrimi electrice este

realizat n cadrul analizei sistemului electronic n regim de curent continuu.

B. Regim variabil (sau regim de curent alternativ): n acest regim, valorile mrimilor electrice

ale sistemului electronic sunt variabile n timp.Aadar, sistemul electronic este caracterizat prin

intermediul tensiunilor variabile(o tensiune a crei valoare se modific n timp) i a curenilor

variabili (un curent a crei valoare se modific n timp). Mrimile electrice variabile mai poart

denumirea de semnale. Variaia acestor mrimi electrice poate fi constant i periodic. n acest

5


6/232

caz, mrimile electrice sunt caracterizate prin intermediul unei perioade, notat T, respectiv a

unei amplitudini. Perioada T se msoar n secunde. Un alt parametru care caracterizeaz

caracterul repetitiv a variaiei acestor mrimi electrice este frecvena, notat cu f. Frecvena se

msoar n hertzi, notat Hz i se determin cu formula 1.3:

Tf

1= 1.3

n Figura 4 se prezint parametrii unei tensiuni variabile n timp, n care legea de variaie este

sinusoidal. Aceast tensiune se numete tensiune sinusoidal i se exprim astfel:

( ) ( )tVtv aa sin=

unde a este utilizat pentru notarea (identificarea) tensiunii, Va este amplitudinea tensiunii, estepulsaia (care se calculeaz cu relaia )f2 = , iar t este timpul. Determinarea parametrilor

mrimilor electrice variabile (amplitudine, perioad, frecven) este realizat n cadrul analizei

sistemului electronic n regim variabil (sau de curent alternativ).

Figura 4. Parametrii unei tensiuni variabile n timp: amplitudine i perioad.

n cazul n care variaia acestor mrimi este foarte mic, (de exemplu, pentru tensiunile

electrice o variaie foarte mic se ncadreaz n aproximativ 10 milivoli), atunci sistemul electronic

funcioneaz ntr-un subregim de funcionare, numit regim variabil de semnal mic. n acest

regim, elementele de circuit neliniare, caracterizate de ecuaii de funcionare neliniare, se pot

liniariza, iar analiza circuitului se simplific considerabil.

6


7/232

n cazul n care variaia mrimilor electrice este mare, (de exemplu, pentru tensiunile

electrice o variaie mare depete ordinul sutelor de milivoli), atunci sistemul electronic

funcioneaz n alt subregim de funcionare, numit regim variabil de semnal mare. n acest

regim, elementele de circuit neliniare i pstreaz caracterul neliniar, iar analiza circuitului este

complicat, fiind bazat pe caracteristicile de funcionare ale elementelor respective.

4. Notaii utilizate n reprezentarea mrimilor electrice n sistemele electronice

Mrimi electrice continue: prin convenie, oricare mrime electric continu se noteaz n

modul urmtor:

mrimea electric se noteaz cu liter mare;

indicele care identific mrimea electric se noteaz cu liter mare;

Exemple: VA = tensiune continu, IA = curent continuu.

Mrimi electrice variabile: oricare mrime electric variabil conine dou componente: o

component medie(sau component continu), n jurul creia variaz mrimea electric respectiv

i o component variabil, care definete variaia mrimii electrice respective.

Componenta medie a unei mrimi electrice variabile reprezint o mrime electric continu

i n consecin se noteaz conform conveniei prezentate n cadrul mrimilor electrice continue.

Prin convenie, componenta variabil a unei mrimi electrice variabile se noteaz n modul

urmtor:

mrimea electric se noteaz cu liter mic;

indicele care identific mrimea electric se noteaz cu liter mic;

Exemple: va = componenta variabil a unei tensiuni variabile, ia = componenta variabil a unui

curent variabil.

Mrimilor electrice variabile caracterizate de o variaie constant i se asociaz o amplitudine,

pentru a specifica mrimea acestei variaii. Prin convenie, amplitudinea unei mrimi electricevariabile se noteaz astfel:

mrimea electric se noteaz cu liter mare;

indicele care identific amplitudinea se noteaz cu liter mic;

Exemple: Va = amplitudinea tensiunii variabile notate mai sus va, Ia = amplitudinea curentului

variabil notat mai sus ia.

7


8/232

Relaia dintre componenta variabil a unei mrimi electrice variabile i amplitudinea sa, se scrie

n modul urmtor:

( ) ( ) ( ) ( )tItitVtv aaaa sinsin ==

n care s-a considerat c att tensiunea ct i curentul variaz dup o lege sinusoidal.

Dac n mrimea electric variabil este reprezentat att componenta sa medie, ct i

componenta variabil, atunci se spune c mrimea electric respectiv este reprezentat n

componente totale. Prin convenie, componenta total unei mrimi electrice variabile se

noteaz astfel:

mrimea electric se noteaz cu liter mic;

indicele care identific mrimea electric se noteaz cu liter mare;

Exemple: vA = tensiune exprimat prin componenta total, iA = curent exprimat prin componenta

total.

Prin definiie, componenta total a unei mrimi electrice variabile este suma dintre

componenta sa medie i componenta variabil:

( ) ( ) ( ) ( )tiItitvVtv aAAaAA +=+= 1.4

sau, dac se consider c att tensiunea ct i curentul variaz dup o lege sinusoidal, cele dou

mrimi electrice exprimate prin intermediul componentelor totale devin:

( ) ( ) ( ) ( )tIItitVVtv aAAaAA sinsin +=+=

Pentru exemplificarea modului n care sunt notate mrimile electrice ntr-un sistem electronic seconsider o tensiune sinusoidal, a crei variaie este prezentat n Figura 5.

8


9/232

Figura 5. Reprezentarea unei tensiuni sinusoidale:

componenta total = componenta medie + componenta variabil.

5. Elemente de circuit - sunt elementele care compun un circuit electronic.

I. Surse (generatoare) de energie: se mpart n dou categorii:

A. Surse de energie independente: valorile mrimilor electrice generate (tensiune sau curent)

NU depind de alte mrimi electrice din circuit.

B. Surse de energie dependente (sau comandate): valorile mrimilor electrice generate

(tensiune sau curent) depind de alte mrimi electrice din circuit.

A. Surse de energie independente (sunt simbolizate prin cerc):

Surse de tensiune ideale: tensiunea generat ntre borne nu depinde de curentul electric

solicitat sursei de ctre circuitul la care aceasta este conectat.

Surse de curent ideale: curentul generat la borne nu depinde de tensiunea electric

solicitat sursei de ctre circuitul la care aceasta este conectat.

Aceste surse pot fi continue sau variabile.

Surse continue: valoarea mrimii electrice generate nu se modific n timp: surs de

tensiune continu, surs de curent continuu.

Surse variabile: valoarea mrimii electrice generate se modific n timp dup o lege: surs

de tensiune variabil, surs de curent variabil.

Simbolurile surselor comandate sunt prezentate n Tabelul 1:

9


10/232

Tabelul 1. Simbolurile surselor independente.

Surs de tensiunecontinu

E = const.

Exemple:E=10VE=5V

Surs de curentcontinuu

I = const.

Exemple:I=10mAI=2mA

Surs de tensiunevariabil

e(t) = variabil

Exemple:e(t)=1sin(t) [V] (componenta medie este 0V)e(t)=5+2sin(t) [V](componenta medie este 5V)

Surs de curentvariabil

i(t) = variabil

Exemple:i(t)=1sin(t) [mA]

(componenta medie este 0mA)i(t)=2+0,5sin(t) [mA]

(componenta medie este 2mA)

B. Surse de energie dependente (sau comandate - sunt simbolizate prin romb): se clasific npatru tipuri, n funcie de mrimea electric generat, respectiv mrimea electric de comand).

Surs de tensiune, comandat n tensiune: este caracterizat de ecuaia de funcionare 1.5:

inVout vAv = 1.5

unde:

mrime electric generat: tensiunea vout

mrime electric de comand: tensiunea vin

parametrul AV se numete ctig n tensiune i este adimensional.

Surs de tensiune, comandat n curent: este caracterizat de ecuaia de funcionare 1.6:

10


11/232

inZout iAv = 1.6

unde:

mrime electric generat: tensiunea vout

mrime electric de comand: curentul iin

parametrul Az se numete transrezisten i are unitatea de msur a rezistenei: ohm, notat .

Surs de curent, comandat n curent: este caracterizat de ecuaia de funcionare 1.7:

inIout iAi = 1.7

unde:

mrime electric generat: curentul iout

mrime electric de comand: curentul iin

parametrul AI se numete ctig n curent i este adimensional.

Surs de curent, comandat n tensiune: este caracterizat de ecuaia de funcionare 1.8:

inYout vAi = 1.8

unde:

mrime electric generat: curentul vout

mrime electric de comand: tensiunea vin

parametrul AY se numete transconductan i are unitatea de msur a conductanei: siemens,

notat S.

Simbolurile surselor comandate sunt prezentate n Tabelul 2:

Tabelul 2. Simbolurile surselor comandate.

11


12/232

Surs de tensiune, comandat

n tensiune

Surs de tensiune, comandat

n curent

Surs de curent, comandat n

curent

Surs de curent, comandat n

tensiune

II. Elemente de circuit pasive

Acestea sunt:

rezistorul:

12


13/232

condensatorul:

bobina:

Simbolurile i ecuaiile de funcionare ale acestor elemente sunt prezentate n Tabelul 3.

Tabelul 3. Simbolurile i ecuaiile de funcionare ale elementelor pasive de circuit.

Rezistor

iRv =

R rezistena; unitatea de msur este ohm-ul, notat v tensiunea pe rezisteni curentul prin rezisten

13


14/232

Condensator

dt

dvCi =

C capacitate; unitatea de msur este farad-ul, notat Fv tensiunea pe condensatori curentul prin condensatorOBS: dac variaia n timp a tensiunii pe C este 0V, atuncicurentul prin C este 0A.

Bobina

dt

diLv =

L inductana; unitatea de msur este henry-ul, notat Hv tensiunea pe bobini curentul prin bobinOBS: dac variaia n timp a curentului prin L este 0A,atunci tensiunea pe Leste 0V.

III. Elemente de circuit active

Acestea sunt diodele i tranzistoarele. Funcionarea lor va fi prezentat n capitolele urmtoare.

Analiza circuitelor electronice

6. Pasivizarea surselor de energie independente

Prin pasivizare se nelege anularea efectului generat de ctre sursa de energie considerat.

Pasivizarea se aplic numai surselor de energie independente.

Pasivizarea surselor independenete de tensiune: o surs de tensiune genereaz o cdere de

tensiune E ntre bornele sale, notate n aceast discuie cu A i B. Deci vAB=E (unde vAB este

tensiune generat ntre bornele A i B). Anularea efectului generat de sursa de tensiune se

realizeaz dac se impune condiia vAB=0V. Pentru a ndeplini aceast cerin, este necesar ca

ntre bornele A i B ale sursei de tensiunea, aceasta s fie nlocuit cu un nou element de circuit,

care s asigure ntotdeauna ndeplinirea condiiei vAB=0V. Aceast condiie este satisfcut numaidac potenialul electric al bornei A, notat VA, este egal cu potenialul electric al bornei B, notat VB

(vezi relaia 2). Elementul de circuit care asigur acelai potenial electric n cele dou borne A i

B este un scurtcircuit un fir, conectat ntre cele dou puncte A i B. n concluzie, pasivizarea

unei surse de tensiune conectate ntre dou puncteA i B ale unui circuit, const n nlocuirea

acesteia cu un scurtcircuit un fir, conectat ntre puncte A i B (vezi Tabelul 4).

14


15/232

Pasivizarea surselor independente de curent: o surs de curent genereaz o un curent electric I

n ramura de circuit n care este conectat, considerat n aceast discuie ca fiind plasat ntre 2

noduei notate cu A i B. Deci iAB=I (unde iAB este curentul generat pe ramura A-B). Anularea

efectului generat de sursa de curent se realizeaz dac se impune condiia iAB=0A. Pentru a

ndeplini aceast cerin, este necesar ca ntre nodurile A i B ale ramurii n care este introdus

sursa de curent, aceasta s fie nlocuit cu un nou element de circuit, care s asigure ntotdeaunandeplinirea condiiei iAB=0A. Aceast condiie este satisfcut numai dac rezistena electric a

ramurii A-B este infinit (vezi relaia 9). Elementul de circuit care asigur o rezisten electric de

valoare infinit n dou noduri A i B este reprezentat de ctre un circuit ntrerupt denumit i

gol, ntre cele dou noduri A i B. n concluzie, pasivizarea unei surse de curent introduse ntr-o

ramur plasat ntre dou noduriAiBale unui circuit, const n nlocuirea acesteia cu un circuit

ntrerupt un gol, plasat ntre nodurileAiB(vezi Tabelul 4).

Tabelul 4. Pasivizarea surselor independente.

Sursa de tensiune Sursa de tensiune pasivizat

Sursa de curent Sursa de curent pasivizat

7. Structura circuitelor electronice se discut pe circuitul prezentat n Figura 6.

15


16/232

Figura 6. Structura unui circuit.

Nod de circuit reprezint punctul de intersecie a cel puin 3 elemente de circuit.

Exemple: 1 ( R1, R2, R3), 2 ( R4, I, C), 3 ( E, R2, R6), 4 ( L, C, R6). La intersecia

elementelor E i R1, R3 i R4, I i R5, R6 i Lnu sunt noduri de circuit, deoarece punctele

acestea nu reprezint intersecia a cel puin 3 elemente, ci numai a 2 elemente de circuit.

Ramur de circuit reprezint poriunea de circuit cuprins ntre 2 noduri succesive.

Exemple: ramura E-R1 (cuprins ntre nodurile succesive 3-1), ramura R3-R4 (cuprins ntre

nodurile succesive 1-2), ramura I-R5 (cuprins ntre nodurile succesive 2-4), ramura L-R6

(cuprins ntre nodurile succesive 4-3), ramura R2 (cuprins ntre nodurile succesive 1-3), ramura

C (cuprins ntre nodurile succesive 2-4).

Bucl de circuit reprezint poriunea de circuit format dintr-o succesiune de ramuri de circuit,

care se obine pornind dintr-un nod de circuit i revenind n acelai nod de circuit, fr a se trece

pe bucla format, de 2 sau mai multe ori prin acelai nod de circuit.

Exemple: bucla compus din ramurile E-R1 i R2, bucla compus din ramurile R3-R4, C, L-R6 i

R2, bucla compus din ramurile I-R5 i C, bucla compus din ramurile E-R1, R3-R4, I-R5 i L-

R6, bucla compus din ramurile E-R1, R3-R4, C i L-R6, etc.

8. Metode de analiz a circuitelor electronice sunt utilizate pentru analiza circuitelor

electronice

Legea lui Ohm cderea de tensiune v pe un rezistor R este egal cu produsul dintre rezistena

R i curentul electric i care trece prin rezistorul respectiv:

= 1.9

16


17/232

Exemplu: curentul continuu printr-un rezistor R de valoare R=1k este I=5mA. Ct estetensiunea pe rezistorul respectiv?

Rspuns: [ ] [ ] [ ]VmAkIRV 551 ===

Teorema lui Kirkhoff 1 (de cureni) suma curenilor electrici care intr i ies dintr-un nod este

egal cu 0A. n suma respectiv, curenii care intr n nod se consider cu semnul +, iar curenii

care ies din circuit se consider cu semnul -.

Exemplu: S se aplice TK1 (teorema lui Kirkhoff 1) n nodul 1. Rspuns:

I1+I2=I3

Teorema lui Kirkhoff 2 (de tensiuni) suma tensiunilor pe ramurile unei bucle de circuit este

egal cu 0V. n suma respectiv exist n general 2 tipuri de termeni: termeni care provin de la

sursele de tensiune, respectiv termeni care provin de la cderile de tensiune pe diferite elemente

de circuit pasive (R,L,C) sau pasive (diode, tranzistoare). n suma care reprezint teorema lui

Kirkhoff 2, semnul termenilor respectivi depinde de sensul de parcurgere al buclei. n Tabelul 5 se

prezint modul de alegere al semnului, n funcie de termenul ntlnit n teorema lui Kirkhoff 2 i

de sensul de parcurgere al buclei de circuit.

Tabelul 5. Modul de alegere a semnului pentru termenii care apar n TK2.

Tip termen Sens parcurgere bucl: Sens parcurgere bucl:Sursa detensiune:

+ _

Cdere detensiune pe un

rezistor:+ _

17


18/232

Tensiune ntre 2noduri:

+ _

Exemplu: S se aplice TK2 (teorema lui Kirkhoff 2) pe bucla

din desenul alturat.

Rspuns: ( ) 02113221 =+++ ERIRRIE

Exemplu DIVIZORUL DE TENSIUNE: s se determine tensiunea

pe rezistorul R1 (notat V1), respectiv pe rezistorul R2 (notat V2).

Deoarece tensiunea E se divide pe cele 2 rezistoarel conectate n

serie, circuitul se numete divizor de tensiune. Este un circuit

uzual n circuitele electronice, din acest motiv rezultatele obinute

trebuie reinute. Rezultatele se pot generaliza pentru cazul mai multor rezistoare conectate n

serie.

Rspuns: se aplic TK2 (teorema lui Kirkhoff 2) pe bucla format din elementele circuitului:

021 =++ RIRIE

din care rezult curentul I:21 RR

EI+

=

tensiunea pe R1 se determin prin aplicarea legii lui Ohm pe R1:

IRV = 11

18


19/232

ERR

RV

+=

21

11 1.10.a

tensiunea pe R2 se determin prin aplicarea legii lui Ohm pe R2:

IRV = 22

ERR

RV

+=

21

22 1.10.b

Exemplu DIVIZORUL DE CURENT: s se determine curentul

prin rezistorul R1 (notat I1), respectiv prin rezistorul R2 (notatI2). Deoarece curentul I se divide pe cele 2 rezistoare conectate n

paralel, circuitul se numete divizor de curent. Acest circuit este

un circuit uzual n circuitele electronice, din acest motiv rezultatele

obinute trebuie reinute. Rezultatele se pot generaliza pentru cazul mai multor rezistoare

conectate n paralel.

Rspuns: se aplic TK2 (teorema lui Kirkhoff 2) pe bucla format din rezistoarele circuitului:

02211 = RIRI

din care rezult relaia ntre curenii I1 i I2: 21

21 I

R

RI =

curentul prin R1 se determin prin aplicarea TK1 (teorema lui Kirkhoff 1) n nodul A:

21 III +=

n care se introduce, n locul lui I2, expresia sa n funcie de I1, dedus din relaia ntre cei 2

cureni

12

11 IR

RII +=

19


20/232

IRR

RI

+=

21

21 1.11.a

curentul prin R2 se determin prin introducnd n locul lui I1, expresia sa n funcie de I2,

dedus din relaia ntre cei 2 cureni

221

2II

R

RI +=

IRR

RI

+=

21

12 1.11.b

9. Teorema superpoziiei

Se poate aplica numai circuitelor liniare i furnizeaz informaii despre rspunsul acestuia la

aplicarea mai multor surse independente de energie (de tensiune i/sau curent). Prin rspuns se

nelege o tensiune sau un curent printr-o anumit ramur a circuitului respectiv.

Teorema stabilete faptul c rspunsul total al unui circuit liniar la aplicarea mai multor

surse independente de energie (tensiune sau curent) este egal cu suma rspunsurilor pariale alecircuitului respectiv la aplicarea succesiv a fiecrei surse independente de energie, n condiiile n

care restul surselor de energie sunt pasivizate. De exemplu, dac se aplic circuitului liniar o

surs de curent I i una de tensiune E, iar rspunsul este considerat o tensiune ntre 2 noduri A

i B, atunci acesta se poate determina cu relaia:

EABIABAB VVV __ += 1.12

unde VAB_I este tensiunea VAB datorat sursei de curent I, calculat pe circuitul echivalent, obinut

din circuitul iniial, prin pasivizarea sursei de tensiune E, iar VAB_E este tensiunea VAB datorat

sursei de tensiune E, calculat pe circuitul echivalent, obinut din circuitul iniial, prin

pasivizarea sursei de curent I.

20


21/232

Exemplu: s se determine tensiunea VL a circuitului din

figura alturat.

Rspuns: circuitul este liniar, toate elementele de circuit

care-l compun fiind liniare. n acest caz se poate aplica

teorema suprapunerii efectelor, iar tensiunea VL se poate

calcula cu relaia:

ELILL VVV __ +=

Cele 2 rspunsuri pariale, care nsumate dau tensiunea VL, se determin pe 2 circuite echivalente

distincte, determinate pornind de la circuitul iniial, prin pasivizarea succesiv a surselor

independente E, respectiv I.

a. determinarea tensiunii VL_I: se obine pe baza circuitului

echivalent obinut prin pasivizarea sursei de tensiune E. Prin

pasivizarea lui E, aceasta se nlocuiete cu un fir

(scurtcircuit) ntre borne, iar circuitul iniial se transform n

circuitul de calcul din stnga.

Pentru a determina tensiunea VL_I este util s se determine curentul prin rezistena R2 i apoi, cu

ajutorul legii lui Ohm s se determine tensiunea pe aceasta. Curentul prin R2 (notat IL) se

determin observnd c rezistenele R1 i R2 formeaz un divizor de curent I se divide pe

acestea:

din relaiile 1.11 IRR

RIL +=

21

1 I

RR

RRIRV LIL +

==

21

212_

b. determinarea tensiunii VL_E: se obine pe baza circuitului echivalent

obinut prin pasivizarea sursei de curent I. Prin pasivizarea lui I,sursa de curent se nlocuiete cu un circuit ntrerupt un gol i din

acest motiv, prin R3 curentul devine nul. n consecin, ramura cu

R3 nu mai afecteaz analiza circuitului, curentul prin acesta fiind nul i astfel, n circuitul

echivalent ramura cu R3 nu se mai deseneaz, iar circuitul iniial se transform n circuitul de

calcul din dreapta.

21


22/232

Tensiunea VL_E se determin observnd c rezistenele R1 i R2 formeaz un divizor de

tensiune E se divide pe acestea:

din relaiile 1.10 ERR

RV EL +

=21

2_

Tensiunea VLse determin cu relaia:

ERR

RI

RR

RRVVV ELILIL +

++

=+=21

2

21

21___ [ ] [ ] [ ] [ ]VVmAkVL 98

31

34

31

31=

++

+

=

10. Analiza unui circuit electronic n diverse regimuri de funcionare

n acest paragraf se va prezenta modul n care, un circuit constituit numai din surse de

energie i elemente de circuit pasive se poate analiza. Analiza respectiv se bazeaz pe teorema

suprapunerii efectelor i respect procedura descris n paragraful anterior.

n cazul n care, ntr-un circuit, exist att surse independente continue ct i variabile,

aplicnd teorema supapunerii efectelor, funcionarea circuitului trebuie analizat separat, n

regim de curent continuu, respectiv n regim variabil.

n urma analizei n curent continuu, se pot determina numai valorile mrimilor electrice

continue; n cazul semnalelor se pot determina componentele medii.

n urma analizei n regim variabil, se pot determina numai valorile mrimilor electrice

variabile; n cazul semnalelor se pot determina amplitudinile mrimilor electrice variabile.

n cazul semnalelor, la finalul analizei, se vor determina componentele totale, ca sum ntre

componentele medii i componentele variabile.

Trebuie precizat c ntr-un circuit n care exist cele 2 tipuri de surse independente, regimul

de curent continuu este determinat de prezena surselor continue, iar regimul variabil este

determinat de prezena n circuit a surselor variabile.

Analiza circuitului n cele 2 regimuri se realizeaz pe baza unor circuite echivalente diferite,

care modeleaz comportamentul circuitului n cele 2 regimuri amintite. Aceste circuite echivalente

se deduc pe baza unui set de reguli, care vor fi enunate n continuare.

22


23/232

a. Analiza unui circuit pasiv n curent continuu

1. se pasivizeaz sursele independente variabile:

a. sursele de tensiune variabile se vor nlocui cu un scurtcircuit (fir) ntre bornele

sursei respective;

b. sursele de curent variabile se vor nlocui cu un circuit deschis (gol) ntre bornele

sursei respective;

2. condensatoarele se nlocuiesc cu un circuit deschis ntre terminalele sale ramurile care

conin condensatoare dispar;

3. bobinele se nlocuiesc cu un scurtcircuit ntre terminalele sale;

4. restul elementelor de circuit se pstreaz.

b. Analiza unui circuit pasiv n regim variabil se va considera c frecvena semnalelor

generate de sursele variabile este mai mare dect sute de hertzi.

1. se pasivizeaz sursele independente continue:a. sursele de tensiune conrinu se vor nlocui cu un scurtcircuit (fir) ntre bornele

sursei respective;

b. sursele de curent continuu se vor nlocui cu un circuit deschis (gol) ntre bornele

sursei respective;

2. condensatoarele de capaciti mari se nlocuiesc cu un scurtcircuit ntre terminalele sale;

3. bobinele de inductane mari se nlocuiesc cu un circuit deschis ntre terminalele sale

ramurile care conin bobine dispar;

4. restul elementelor de circuit se pstreaz.

OBS:

Exemplu: Se consider circuitul de mai jos, n care R1=3[k], R2=1[k], RL=1[k], V1=1[V] iar

amplitudinea sursei de tensiune sinusoidal v2(t) este V2=0,2[V]. S se determine tensiunea total

pe rezistena de sarcin RLi s se deseneze forma de und a acestei tensiuni.

23


24/232

Raspuns:

a. Sursa de tensiune continu V1 impune analiza circuitului n regim de curent continuu.

b. Sursa de tensiune sinusiodal v2(t) impune analiza circuitului n regim variabil.

c. Tensiunea total pe RL se determin ca sum ntre componenta medie a acestei tensiuni, care

se determin n urma analizei circuitului n curent continuu i componenta variabil, a crei

amplitudine se determin n urma analizei circuitului n regim variabil.

a. analiza circuitului n curent continuu: se realizeaz pe circuitul echivalent n curent continuu,

dedus din circuitul iniial, pe baza regulilor enunate mai sus (bobina L se nlocuiete cu un

scurtcircuit ntre terminale, iar ramura R2, C, v2(t) dispare datorit condensatorului C care se

nlocuiete cu un circuit deschis). Rezult circuitul echivalent de mai jos, care reprezint un

divizor de tensiune pentru tensiunea V1. Aplicnd relaia 1.10.a, particularizat pentru acest caz,

rezult componenta medie VLa tensiunii pe RL:

1

1

VRR

RV

L

LL +=

[ ][ ] [ ]

[ ] [ ]VVkk

kVL 2501

31

1,=

+

=

b. analiza circuitului n regim variabil: se realizeaz pe circuitul echivalent n regim variabil, dedus

din circuitul iniial, pe baza regulilor enunate mai sus (condensatorul C se nlocuiete cu un

scurtcircuit ntre terminale, iar ramura R1, L, V1 dispare datorit bobinei Lcare se nlocuiete cu

un circuit deschis). Rezult circuitul echivalent de mai jos, care reprezint un divizor de tensiune

pentru tensiunea v2(t). Aplicnd relaia 1.10.a, particularizat pentru acest caz, rezult

componenta variabil vl a acestei tensiuni:

24


25/232

)()( tvRR

Rtv

L

Ll 2

2

+

=

( ) ( ) 221

12

21

1 V

RR

RVtV

RR

RtV

L

Ll

L

Ll

+

=

+

= sinsin

[ ][ ] [ ]

[ ] [ ]VVkk

kVl 1020

11

1,, =

+

=

c. componenta total vLa tensiunii pe RLeste:

( ) ( )[ ]VttVVtvVtv lLlLL sin,,sin)()( +=+=+= 10250

iar forma de und a acestei tensiuni este desenat n figura alturat:

25


26/232

Capitolul II. Dioda semiconductoare

1. Dioda semiconductoare. Prezentare general.

Dioda semiconductoare este cel mai simplu dispozitiv semiconductor. n prezent,

pentru construcia diodei semiconductoare se utilizeaz MATERIALE

SEMICONDUCTOARE din Siliciu. Sunt ntrebuinate n special n urmtoarele tipuri de

circuite electronice:

redresoare de tensiune

circuite de detecie a valorii maxime a unei tensiuni

circuite de exponeniere sau de logaritmare.

Dioda semiconductoare este un dispozitiv cu dou terminale, furnizat de ctre

productori sub diverse forme, una din cele mai uzuale fiind prezentat n Figura 1.

Cele dou terminale ale diodei au roluri diferite, motiv pentru care poart denumiri

diferite i anume ANOD, respectiv CATOD. Pentru a utiliza corect dioda n circuit,

CATODUL este indicat pe capsula diodei prin intermediul unui INELdesenat, ca n Figura

1.

Figura 1. Dioda semiconductoare.

n circuitele electronice, dioda semiconductoare este simbolizat ca n Figura 2.

Figura 2. Simbolul electronic al diodei semiconductoare.

26


27/232

2. Mrimile electrice ale diodei

La nivelul diodei apar 2 mrimi electrice: curentul prin diod, notat iA, care prin convenie

are sensul de la anod spre catod, respectiv tensiunea pe diod, notat vA, care prin

convenie are referina de la anod spre catod Figura 3.

Figura 3. Mrimile electrice ale diodei semiconductoare.

3. Funcionarea diodei

Funcionarea diodei este descris prin intermediul unui grafic denumit

CARACTERISTICA DE FUNCIONARE. Aceasta furnizeaz informaii despre modul n

care curentul prin diod variaz n funcie de tensiunea care apare ntre terminalele

acesteia. Dac pentru curent i tensiune se impun sensurile de referin din Figura 3,

atunci CARACTERISTICA DE FUNCIONARE a diodei este cea prezentat n Figura 4.

Figura 4. Caracteristica de funcionare a diodei semiconductoare.

27


28/232

n cazul n care tensiunea pe diod este pozitiv, se spune c aceasta funcioneaz n

CONDUCIE DIRECT. n cazul n care tensiunea pe diod este negativ, se spune c

aceasta funcioneaz n CONDUCIE INVERS.

Se observ urmtoarele aspecte:

n CONDUCIE DIRECT: se remarc o tensiune de prag (notat VD n figur) pe scurtprag; dac valoarea tensiunii pe diod este sub prag, prin diod NU trece curent electric

(de fapt este foarte mic i poate fi aproximat ca fiind zero amperi); dac valoarea tensiunii

pe diod atinge pragul, atunci prin diod trece curent electric acesta crete exponenial

n funcie de tensiunea pe diod se remarc faptul c tensiunea rmne la o valoare

apropiat de valoarea VD. Valoarea tensiunii de prag este cuprins ntre 0,5V0,7V.Curentul prin diod nu trebuie s depeasc o anumit valoare maxim, notat n

cataloagele de diode IF, impus de puterea maxim pe care o poate disipa dioda fr a sedistruge termic. Limitarea curentului prin diod la o valoare mai mic dect valoarea IF

este realizat de ctre circuitul n care este utilizat dioda, de obicei, prin intermediul

unui rezistor.

n CONDUCIE INVERS: se remarc o tensiune specific denumit tensiune de

strpungere, (notat VBR n figur) a crui valoare este de ordinul zecilor-sutelor de voli;

dac valoarea n modul a tensiunii pe diod este mai mic dect valoarea VBR, curentul

electric NU trece prin diod (este foarte mic i poate fi aproximat ca fiind zero amperi);

dac valoarea tensiunii pe diod atinge valoarea VBR, atunci prin diod curentul electric

crete necontrolat acest fenomen se numete STRPUNGEREA diodei; n acest caz, se

spune c dioda funcioneaz n regiunea de strpungere. Strpungerea diodei duce la

distrugerea acesteia!!!. Din acest motiv, este necesar ca circuitul n care este utilizat

dioda s limiteze tensiunea negativ pe aceasta la valoare mai mic n modul dect

valoare VBR.

Din punct de vedere analitic, funcionarea diodei semiconductoare este descris de

ECUAIA DE FUNCIONARE a diodei semiconductoare. Aceasta furnizeaz relaia

matematic dintre curentul prin diod i tensiunea de la terminalele sale i este

reprezentat de relaia:

28


29/232

= 1

T

ASA

V

vexpIi 3.1

unde IS reprezint curentul de saturaie al diodei, care este aproximativ egal cu curentul

ce trece prin diod n conducie invers (10-1610-14A), VT reprezint tensiunea termic,

care depinde direct proporional de temperatura de lucru (are valoarea de 25mV pentru

T=250C), iar vA i iA sunt tensiunea, respectiv curentul total (curentul continuu plus

curentul variabil) prin diod.

OBSERVAIA 1: funcionarea diodei depinde de temperatura la care aceasta lucreaz,

(datorit dependenei curentului iA de tensiunea termic VT). La creterea temperaturii de

lucru, curentul prin diod crete (n special curentul invers prin diod), iar tensiunea de

prag scade (cu aproximativ 2mV/0C).

OBSERVAIA 2: dioda este un element de circuit NELINIAR circuitul care o coninedevine un CIRCUIT NELINIAR.

Exemplul 1: .....

4. Modelarea funcionrii diodei semiconductoare.

Concluzia din exemplul 1 sugereaz utilitatea dezvoltrii unor modele (circuite)

LINIARE, care s descrie funcionarea diodei semiconductoare. Aceste modele sunt

dezvoltate pentru regimuri de funcionare distincte.A. Modelarea diodei n regim de curent continuu i variabil de semnal mare.

Figura 5. Aproximarea caracteristicii de funcionare prin 2 segmente.

Modelul dezvoltat se numete modelul LINIAR PE PORIUNI al diodei i se bazeaz

pe aproximarea CARACTERISTICII DE FUNCIONARE a diodei din Figura 4 prin dou

segmente de dreapt, ca n Figura 5.

29


30/232

Acest model se poate aplica numai n cazul n care dioda funcioneaz n regim de

curent continuu (curentul, respectiv tensiunea diodei au valori constante n timp) sau n

regim variabil de semnal mare (curentul, respectiv tensiunea diodei au valori care

variaz n timp, variaia fiind mai mare dect o valoare estimativ de 25mV).

Figura 6. Circuitele echivalente ale modelului liniar pe poriuni.

Modelul neglijeaz deliberat regiunea de strpungere a diodei, deoarece acest model

nu se utilizeaz n aceast regiune.

Modelul are doi parametrii, tensiunea de prag VD i rezistena rD a diodei i este

caracterizat de circuitul echivalent din Figura 6.a pentru cazul n care dioda funcioneaz

n CONDUCIE DIRECT, respectiv cel din Figura 6.b, pentru cazul n care dioda

funcioneaz n CONDUCIE INVERS.

B. Modelarea diodei n regim variabil de semnal mic.

Modelul dezvoltat se poate aplica numai n cazul n care dioda funcioneaz n regim

variabil de semnal mic (curentul, respectiv tensiunea diodei au valori care variaz n timp,

variaia tensiunii pe diod fiind mai mic dect o valoare estimativ de aproximativ

12,5mV).

Dac variaia mrimilor electrice ale diodei sunt extrem de mici, comportamentul

diodei se poate considera LINIAR i se bazeaz pe aproximarea CARACTERISTICII DE

FUNCIONARE a diodei din Figura 4 cu tangenta la aceasta dus n PUNCTUL STATIC

DE FUNCIONARE (de va reveni asupra acestei noiuni). Tangenta respectiv reprezint

chiar conductana diodei, definit conform relaiei de mai jos:

[ ]

===1

SiemensgV

Ig d

T

Ad 3.2

30


31/232

unde IAeste curentul CONTINUU prin diod.

Figura 7. Circuitele echivalente ale modelului n regim variabil de semnal mic.

Modelul depinde de frecvena la care este utilizat dioda. Pentru frecvene mai mici

dect aproximativ 1MHz, modelul este caracterizat de un singur parametru, rd (denumit

rezistena de semnal mic a diodei), unde rd se determin ca invers a conductanei din

relaia 3.2:

[ ] == dd

d rg

r1

3.3

iar circuitul echivalent valabil n acest caz este prezentat n Figura 7.a. pentru cazul n

care dioda funcioneaz n CONDUCIE DIRECT, respectiv cel din Figura 7.b, pentru

cazul n care dioda funcioneaz n CONDUCIE INVERS.

Pentru frecvene mai mari dect aproximativ 1MHz, funcionarea diodei este afectat deanumite fenomene dinamice, de natur capacitiv i inductiv, care pot fi modelate prin

intermediul unor aa numite CAPACITI PARAZITE, reunite n parametrul notat cd.

Circuitul echivalent valabil n acest caz este prezentat n Figura 7.c pentru cazul n care

dioda funcioneaz n CONDUCIE DIRECT, respectiv cel din Figura 7.d, pentru cazul n

care dioda funcioneaz n CONDUCIE INVERS.

31


32/232

5. Dioda Zener. Prezentare general

Dioda Zener este furnizat de ctre productori sub diverse forme, iar n Figura 8

este prezentat una din variante. Terminale se numesc ANOD, respectiv CATOD, acesta

din urm fiind indicat pe capsula diodei prin intermediul unui INELdesenat.

Figura 8. Dioda Zener.

Este o diod de construcie special, care NU se distruge n cazul n care se

strpunge. Mai mult, este utilizat chiar n REGIUNEA DE STRPUNGERE. n circuitele

electronice, dioda ZENER este simbolizat ca n Figura 9.

Figura 9. Simbolul electronic al diodei Zener.

Figura 10. Caracteristica de funcionare a diodei Zener.

n REGIUNEA DE STRPUNGERE, aa cum este prezentat i n Figura 10, care

reprezint caracteristica de funcionare a diodei Zener, menine tensiunea de la

terminalele sale CONSTANT, n condiiile n care prin ea curentul poate avea valori

32


33/232

cuprinse ntr-un domeniu bine stabilit. Din Figura 10 se remarc faptul c, dac

valoarea curentului prin diod este n intervalul [IZMIN, IZMAX], tensiunea ntre catod i anod

este aproximativ egal cu tensiunea de strpungere, care pentru aceast diod, este

notat VZ.

Un astfel de comportament poate fi util pentru construirea unei aa numite referine

de tensiune.

Cu excepia comportamentului nedistructiv n regiunea de strpungere, n rest, dioda

Zener se comport ca o diod semiconductoare obinuit.

Caracteristica de funcionare a diodei Zener se modific la variaia temperaturii de

lucru. Parametrul care caracterizeaz funcionarea diodei Zener n condiiile n care

temperatura variaz este coeficientul termic al diodei Zener, notat CTVZ. Este de dorit ca

acest parametru s fie ct mai mic. n acest caz, funcionarea unei astfel de diode devine

independent de variaia temperaturii la care aceasta lucreaz.

6. Modelarea diodei Zener n regiunea de strpungere

Dioda se poate modela prin intermediul unei surse de tensiune, care genereaz o

tensiune ntre borne egal cu valoare VZ Figura 11. ATENIE: borna + a sursei

reprezint catodul diodei, iar borna - reprezint anodul diodei.

Figura 11. Circuitul echivalent al diodei Zener n regiunea de strpungere.

LED-ul dioda electroluminiscent

7. Prezentare general

La fel ca i dioda, LED-ul permite trecerea curentului doar n conducie direct, iar

trecerea curentului electric prin LED este semnalizat prin aprinderea acestuia.

33


34/232

Figura 12. LED-ul sau dioda electroluminiscent.

LED-ul este furnizat de ctre productori sub diverse forme, prezentate n Figura 12.

Terminale sale se numesc ANOD, respectiv CATOD, acesta din urm fiind indicat prin

intermediul terminalului mai lung al LED-ului.

n circuitele electronice, simbolul LED-ului este simbolizat ca n Figura 13.

Figura 13. Simbolul electronic al LED-ului.

Spre deosebire de dioda semiconductoare, LED-ul are o tensiune de prag VLED de

aproximativ 1,6V.

8. Polarizarea diodelor

Aa cum s-a prezentat anterior, o diod poate funciona n 2 regimuri diferite i

anume n conducie direct, respectiv invers. Prin noiunea de polarizare a unei diode se

nelege stabilirea tipului de conducie n curent continuu. Astfel, dac dioda funcioneaz

n curent continuu n conducie direct, se spune c aceasta este polarizat direct.

Analog, dac dioda funcioneaz n curent continuu n conducie invers, se spune c

aceasta este polarizat invers.

Funcionarea n curent continuu a unei diode este complet caracterizat de ctre

valorea curentului continuu care trece prin acesta i de tensiunea continu ntre

terminalele diodei. Perechea de mrimi electrice compus din curentul continuu prin

34


35/232

diod i de tensiunea continu pe diod se numete Punct Static de Funionare,

prescurtat PSF.

Punctul Static de Funcionare furnizeaz ntotdeauna informaii despre regimul n

care funcioneaz dioda. Aceast observaie este valabil i pentru celelalte tipuri de

dispozitive semicnductoare.

Polarizarea diodei este realizat prin intermediul unui circuit special, numit circuit de

polarizare. Circuitul de polarizare conine ntotdeauna o surs de alimentare (o surs de

tensiune continu sau o surs de curent continuu), care se mai numete i surs de

polarizare i o rezisten de polarizare care are rolul de a limita curentul prin diod astfel

nct aceasta s nu se distrug.

Exemplul 2....

Circuitul din exemplul 2 reprezint un circuit de polarizare pentru dioda D, iar

mrimile electrice I, respectiv V determinate ca n exemplul 2 constituie PSF-ul diodei D.

n cazul LED-urilor, PSF-ul acestora se determin pe baza procedurii prezentate n

cadrul exemplului 2, n care, n calcule, valoarea VD0,6V se nlocuiete cu VLED1,6V

Aplicaii cu diode

10. Atenuator controlat n tensiune

Schema de baz a atenuatorului este prezentat n Figura 14, iar circuitul funcioneaz

corect doar n regim variabil de semnal mic, pentru frecvene ale sursei de tensiune

variabile vi(t) cuprinse aproximativ n domeniul 1KHz100KHz.

35


36/232

Figura 14. Atenuator de tensiune controlat n tensiune.

Circuitul este format din 2 subcircuite. Primul este divizorul rezistiv, compus dincondensatorul C i rezistenele R i RL, la intrarea cruia se aplic sursa de tensiune

variabil vi(t),care este tensiunea de intrare a circuitului. Tensiunea de ieire vo(t) este

preluat de pe rezistena RL, numit i rezisten de sarcin pentru atenuator.

Introducerea n circuit a condensatorului, de capacitate mare C (pentru ca circuitul s

funcioneze este necesar ca C>1F), deterimn ca, divizorul de tensiune s funcioneze

numai n regim variabil (n regim de curent continuu, deoarece condensatorul nu permite

trecerea curentului continuu, prin divizor nu trece curent).

Al 2lea subcircuit este realizat din sursa de tensiune continu reglabil VCC,

rezistena RA i dioda D. Sursa VCC i rezistena RA constituie un circuit de polarizare

pentru dioda D. Prin modificarea valorii sursei de polarizare VCC, curentul continuu prin D

se modific i n consecin, rezistena de semnal mic a diodei i modific valoarea

(relaiile 3.2 i 3.3). Deoarece dioda D este conectat n paralel cu rezistena de sarcin

RL, n regim variabil de semnal mic, cnd funcionarea diodei este echivalent rezistena

sa de semnal mic, valoarea rezistenei echivalenta a conexiunii RL conectat n paralel cu

rezistena de semnal mic rd a diodei D, poate fi controlat de valoarea lui VCC. Deoarece, n

cazul divizorului de tensiune, valoarea tensiunii de ieire vo(t) depinde de aceast

rezisten echivalent, rezult n final c valoarea lui vo(t) poate fi controlat prin

intermediul sursei reglabile VCC. Aceste observaii vor fi demonstrate n continuare, n

cadrul analizei acestui circuit.

36


37/232

Deoarece n circuit exist att o surs de tensiune continu ct i una variabil,

funcionarea circuitului trebuie analizat att n regim de curent continuu ct i n regim

de curent alternativ. n analiza care urmeaz, se va considera c amplitudinea tensiunii

variabile vi(t) are o valoare mai mic mcar cu 0,6V fa de valoarea minim a sursei de

tensiune continu VCC.

Analiza circuitului n curent continuu

Se realizeaz pe un circuit echivalent circuitul echivalent n curent continuu care

modeleaz comportamentul atenuatorului n curent continuu. Circuitul echivalent se

obine innd cont c:

condensatorul de capacitate mare C se nlocuiete cu un circuit ntrerupt ramura

care conine condensarorul C se elimin din circuit, prin aceasta curentul continuu

fiind zero datorit condensatorului dispar vii R;

condensatorul de capacitate mare CL se nlocuiete cu un circuit ntrerupt

ramura care conine condensarorul CL se elimin din circuit, prin aceasta curentul

continuu fiind zero datorit condensatorului dispare RL;

dioda D fiind polarizat direct (se observ c borna + a sursei VCC se aplic pe

anodul diodei, iar borna - se aplic pe catodul diodei), aceasta se nlocuiete cu

circuitul echivalent din Figura 6.a. Pentru simplitatea analizei, se va considera c

rezistena dioda de semnal mare rD este zero i din acest motiv, dioda D se va

nlocui numai cu sursa de tensiune VD, care modeleaz tensiunea de prag a

acesteia.

n concluzie, dup operarea acestor modificri n circuitul iniial al atenuatorului,

circuitul echivalent al acestuia n regim de curent continuu este cel prezentat n Figura

15.

Figura 15. Circuitul echivalent al atenuatorului n regim de curent continuu.

37


38/232

n figura de mai sus, curentul continuu prin dioda D s-a notat cu I. n continuare, este

necesar s se determine expresia acestui curent. n acest scop, se aplic TK2 pe ochiul de

circuit compus din elementele de circuit de mai sus:

0=+ CCDA VVIR 3.4

Rezult c expresia curentului continuu prin dioda D este:

A

DCC

R

VVI

= 3.5

Analiza circuitului n regim variabil de semnal mic

Se realizeaz pe un alt circuit echivalent circuitul echivalent n regim variabil de

semnal mic care modeleaz comportamentul atenuatorului n acest regim. Circuitulechivalent se obine innd cont c:

condensatorul de capacitate mare C se nlocuiete cu un scurtcircuit (fir);

dioda D se nlocuiete cu circuitul echivalent din Figura 7.a, n care reziszena de

semnal mic rd se calculeaz cu formulele 3.2. i 3.3:

ADCC

TTd R

VV

V

I

Vr

== 3.6

n concluzie, dup operarea acestor modificri n circuitul iniial al atenuatorului,

circuitul echivalent al acestuia n regim variabil de semnal mic este cel prezentat n Figura

16.

Figura 16. Circuitul echivalent al atenuatorului n regim de curent continuu.

38


39/232

Circuitul din figura de mai sus reprezitn un divizor de tensiune: tensiunea vi(t) se

divide pe R i rezistena echivalent rd||RL (rd conectat n paralel cu RL). Rezult c

tensiunea de ieire are expresia:

)()()( tvR

Rr

Rr Rr

Rr

tvRRr

Rrtv i

Ld

Ld

Ld

Ld

i

Ld

Ldo +

+ +

=+= 3.7

Deoarece rezistena rddepinde de VCC rezult c valoarea lui vo(t) depinde de VCC motiv

pentru care se spune c valoarea lui vo(t) este controlat de valoarea lui VCC.

Deoarece raportul din relaia de mai sus este subunitar, rezult c tensiunea de ieire a

circuitului este mai mic dect tensiunea de intrare. n acest caz, se spune c tensiunea

de intrare este atenuat la ieire, iar circuitul care realizeaz acest lucru se numete

atenuator.

11. Redresoare monofazate de tensiune

Sunt circuite utilizate n sursele de alimentare ale sistemelor electronice. Circuitul

realizeaz conversia energiei de curent alternativ n energie de curent continuu. Exist 2

tipuri de redresoare monofozate i anume:

redresoare monoalternan

redresoare bialternan

Redresoare monofazate monoalternan

Schema de baz a redresorului este prezentat n Figura 17.a, unde D reprezint o

diod semiconductoare special, denumit diod redresoare, iar RL este rezistena de

sarcin a redresorului. La intrarea redesorului se aplic o tensiune sinusiodal vi(t) de

amplitudine mare (n general ntre 10V20V), a crei component medie este nul

(variaia tensiunii de intrare este axat pe zero).

39


40/232

Figura 17. Schema redresorului monofazat monoalternan.

Funionarea redresorului depinde de alternana tensiunii sinusoidale de intrare.

Determinarea tensiunii de ieire vo(t) se va efectua pe 2 circuite echivalente diferite, care

depinde de alternana tensiunii de intrare vi(t).

Astfel, n alternana pozitiv, cnd vi(t)>0V, pe baza referinei adoptate pentrutensiunea vi(t) n schema redresorului, dioda D este polarizat direct i poate fi nlocuit

cu modelul prezentat n Figura 6.a. Deoarece amplitudinea tensiunii de intrare este mult

mai mare dect valoarea tensiunii de prag a diodei (VD0,6V), valoarea parametrului VD se

poate aproxima ca fiind 0V, fr a se obine erori mari n analiza care urmeaz. Totodat,

pentru simplificarea analizei, rezistena rD a diodei din modelul prezentat n Figura 6.a se

va considera 0. Prin aceste aproximri, modelul diodei din Figura 6.a se poate reduce la

un simplu fir. n consecin, comportamentul redresorului pentru cazul n care vi(t)>0V(alternana pozitiv) poate fi analizat pe baza circuitului echivalent din Figura 18.a.

Aplicnd TK2 pe ochiul de circuit din figura respectiv, rezult c, dac vi(t)>0V,atunci

tensiunea de ieire este egal cu tensiunea de intrare.

Figura 18. Circuitele echivalente care modeleaz comportamentul redresorului n funcie de semnalul

tensiunii de intrare vi(t).

40


41/232

n alternana negativ, cnd vi(t)


42/232

condensatorului este de a limita variaia tensiunii de ieire. n Figura 20 se prezint

variaia tensiunii de ieire pentru cazul n care redresorul dispune de un condensator de

filtrare (pentru comparaie, cu linie mai deschis la culoare se prezint i forma de und a

tensiunii de ieire a redresorului fr filtru.

Figura 20. Variaia tensiunii de ieire a redresorului cu condensator de filtrare.

Pentru ca efectul de filtrare s fie semnificativ, capacitatea condensatorului trebuie

s satisfac urmtoarea condiie:

LRfC

>

2

110 3.9

unde freprezint frecvena tensiunii de intrare.

Presupunnd c valoarea capacitii C este infinit, se poate demonstra c tensiunea

care se obine la ieirea redresorului devine egal cu valoarea:

i

o

VV = 3.10

unde Vi reprezint amplitudinea tensiunii aplicate la intrarea redresorului, iar Vo

reprezint tensiunea continu care se obine prin filtrare la ieirea redresorului i care

reprezint de fapt valorea medie a tensiunii de ieire a redresorului fr filtru (fr

condensator). Din acest motiv, se mai spune c rolul condensatorului de filtrare este de a

scoate valoarea medie a tensiunii de ieire a redresorului fr filtru.

Se poate demonstra c variaia vo a tensiunii de ieire depinde de valoareacapacitii C conform relaiei:

o

L

o VCRf

v

=

23.11

42


43/232

unde Vo are valoarea din expresia 3.10. Aadar, cu ct capacitatea C a condensatorului de

filtrare este mai mare, cu att variaia tensiunii de ieire este mai redus.

Redresoare monofazate bialternan

Aceste redresoare au performane superioare celor precedente. Exist 2 variante de

baz ale redresorului bialternan: n punte i cu priz median. Din cele 2 variante, ceamai performant este cea n punte, din acest motiv numai aceast variant va fi

prezentat n continuare.

Scheme redresorului bialternan n punte este prezentat n Figura 21.a. Diodele

utilizate sunt diode redresoare. Semnificaia mrimilor electrice din circuit este aceeai ca

i n cazul redresorului precedent.

Figura 21. Schema redresorului monofazat bialternan n punte.

Funionarea redresorului depinde de alternana tensiunii sinusoidale de intrare.

Determinarea tensiunii de ieire vo(t) se va efectua pe 2 circuite echivalente diferite, care

depinde de alternana tensiunii de intrare vi(t).

Astfel, n alternana pozitiv, cnd vi(t)>0V, pe baza referinei adoptate pentru

tensiunea vi(t) n schema redresorului, diodele D1 i D2 sunt polarizate direct, iar D3 i

D4 sunt polarizate invers. nlocuind diodele cu modelele corespunztoare conduciei n

care acestea se afl, conform observaiilor prezentate n cadrul analizei redresorului

precedent, comportamentul redresorului pentru cazul n care vi(t)>0V (alternana

pozitiv) poate fi analizat pe baza circuitului echivalent din Figura 22.a. Aplicnd TK2 pe

ochiul de circuit din figura respectiv, rezult c, dac vi(t)>0V,atunci tensiunea de ieire

este egal cu tensiunea de intrare.

43


44/232

n alternana negativ, cnd vi(t)


45/232

Figura 23. Formele de und ale tensiunilor redresorului.

Pentru obinerea unei variaii mai reduse pentru tensiunea de ieire a redresorului,

la ieirea acestuia, n paralel cu RL, aa cum se prezint n Figura 21.b, se introduce un

condensator de capacitate foarte mare, denumit condensator de filtrare. n Figura 24 se

prezint variaia tensiunii de ieire pentru cazul n care redresorul dispune de un

condensator de filtrare (pentru comparaie, cu linie mai deschis la culoare se prezint i

forma de und a tensiunii de ieire a redresorului fr filtru.

Figura 24. Variaia tensiunii de ieire a redresorului cu condensator de filtrare.

Pentru ca efectul de filtrare s fie semnificativ, capacitatea condensatorului trebuies satisfac condiia 3.9. Presupunnd c valoarea capacitii C este infinit, se poate

demonstra c tensiunea care se obine la ieirea redresorului devine egal cu valoarea:

i

o

VV = 2 3.13

45


46/232

unde Vi reprezint amplitudinea tensiunii aplicate la intrarea redresorului, iar Vo

reprezint tensiunea continu care se obine prin filtrare la ieirea redresorului i care

reprezint de fapt valoarea medie a tensiunii de ieire a redresorului fr filtru (fr

condensator).

Variaia tensiunii de ieire depinde de valoarea capacitii C conform relaiei 3.11,

unde Vo are valoarea din expresia 3.13. Din relaia de mai sus se observ c, n

comparaie cu redresorul precedent, la aceeai valoare a capacitii C a condensatorului

de filtrare, variaia tensiunii de ieire se njumtete, ceea ce constituie un avantaj

deoarece este preferabil ca valoarea lui C s fie ct mai mic (cu ct condensatorul are

capacitate mai mare cu att este mai voluminos, iar performanele sale se reduc).

Pentru ambele variante de redresoare, n cazul introducerii condensatorului de

filtrare, n serie cu dioda D pentru redresorul monoalternan, respectiv ntre puntea de

diode D1D4 i RL pentru redresorul bialternan, se introduce o rezisten de limitare acuerntului prin diode, care le protejeaz pe acestea n cazul n care condensatorul de

filtrare C este descrcat, situaie n care curentul prin diode ar fi foarte mare, ceea ce ar

putea cauza distrugerea acestora.

12. Stabilizator de tensiune cu diod Zener.

Rolul stabilizatorului de tensiune este de a menine tensiunea la ieirea sa constant,

n condiiile n care tensiunea de la intrare, sau curentul prin rezistena de sarcin, sau

temperatura de lucru poate varia ntre anumite limite. Acest circuit este utilizat n sursele

de alimentare ale sistemelor electronice.

Elementul principal, care asigur stabilizarea tensiunii la ieirea stabilizatorului este

dioda Zener, care, atunci cnd funcioneaz n regiunea de strpungere, menine

tensiunea ntre terminalele sale la o valoare constant i egal cu tensiunea de

strpungere VZ, pentru un domeniu extins de valori [IZMINIZMAX] pe care curentul prin

diod le poate avea (vezi Figura 11).

46


47/232


48/232

Figura 26. Formele de und pentru tensiunilor de intrare, respectiv de ieire ale stabilizatorului.

Stabilizatoarele de tensiune sunt utilizate n sursele de alimentare. Tensiunea de la

intrarea stabilizatorului este chiar tensiunea obinut la ieirea redresorului (vezi

laboratorul surse de alimentare).

PARTEA II

Amplificatoare liniare

1. Rolul amplificatorului

n sistemele electronice, informaiile sunt reprezentate (codate) prin intermediul semnalelor

electrice. Aceste informaii sunt aplicate la intrarea sistemelor electronice, prelucrate de ctre

acestea, rezultatul fiind furnizat la ieirea sistemelor respective.

48


49/232

Rolul amplificatorului este de a crete puterea electric a semnalului electric, care

reprezint informaia de interes. Aceast cretere se poart denumirea de AMPLIFICARE.

Semnalul electric care reprezint informaia de interes este aplicat la intrarea amplificatorului, iar

creterea puterii electrice a semnalului respectiv este nregistrat pe sarcina amplificatorului,

conectat la ieirea acestuia. Semnalul obinut pe sarcina amplificatorului se numete semnal

amplificat. n general, sarcina amplificatorului este reprezentat prin intermediul unei impedane,care modeleaz sistemul electronic conectat la ieirea amplificatorului respectiv.

Energia necesar creterii puterii semnalului este furnizat amplificatorului de la o SURS

de ENERGIE, care se mai numete surs de ALIMENTARE, constituit din una sau mai multe

generatoare independente de tensiune sau curent CONTINUU.

n Figura 1 se prezint bornele i mrimile specifice ale unui amplificator. Acesta este

reprezentat sub forma unui bloc, structura sa intern fiind discutat n cursurile urmtoare.

Figura 1. Schema de principiu a unui amplificator.

2. Amplificatoare LINIARE versus amplificatoare NELINIARE

Concomitent cu rolul prezentat mai sus, amplificatorul trebuie s fie capabil s furnizeze

INTEGRAL la bornele de ieire (pe scurt - ieire) coninutul de informaii preluate la bornele de

49


50/232


51/232


52/232

unde V tensiunea electric, I curentul electric, se constat faptul c, amplificarea puterii

electrice a semnalului prelucrat se poate realiza prin creterea acestor 2 mrimi electrice. Analog

celor prezentate mai sus, creterea acestor mrimi electrice poate fi monitorizat prin intermediul

unor parametrii (factor de amplificare, respectiv ctig) similari celor definii anterior.

Astfel, se pot defini:

FACTORUL DE AMPLIFICARE N TENSIUNE:i

oV

V

VA = 5.5

FACTORUL DE AMPLIFICARE N CURENT:i

oI

I

IA = 5.6

FACTORUL DE AMPLIFICARE TRANSIMPEDAN: i

o

Z I

V

A = 5.7

FACTORUL DE AMPLIFICARE TRANSADMITAN:i

oY

V

IA = 5.8

n scar logaritmic, creterea acestor mrimi electrice este caracterizat prin intermediul

ctigului, msurat n decibeli. De exemplu, creterea nivelului tensiunii este caracterizat prin

intermediul CTIGULUI N TENSIUNE, definit ca n relaia de mai jos:

ctig n tensiune:

=

i

oV

V

VlogG 20 5.9

iar creterea nivelului curentului este caracterizat prin intermediul CTIGULUI N CURENT,

definit ca n relaia de mai jos:

ctig n curent:

=

i

oI

I

IlogG 20 5.10

n relaiile de mai sus, semnificaia mrimilor electrice implicate n rapoartele amintite este:

52


53/232

Vi amplitudinea tensiunii de intrare

Ii amplitudinea curentului de intrare

Vo amplitudinea tensiunii de ieire, determinat n cazul n care bornele de ieire

sunt lsate n gol (adic nu sunt conectate)

Io amplitudinea curentului de ieire, determinat n cazul n care bornele de

ieire sunt scurtcircuitate (adic sunt conectate printr-un fir)

4. Rspunsul n frecven al amplificatorului

Informaia prelucrat de ctre amplificator este reprezentat prin intermediul unui semnal

electric, caracterizat (printre ali parametrii) de ctre frecvena de repetiie, pe scurt frecvena

semnalului.

Valoarea factorului de amplificare, respectiv al ctigului amplificatorului (de oricare tip ar fi

acesta) VARIAZ (se modific) n funcie de frecvena semnalului electric, aplicat la intrarea

amplificatorului.

Graficul care furnizeaz informaii despre valoarea factorului de amplificare (ctigului

amplificatorului) n funcie de frecvena semnalului aplicat la INTRAREA amplificatorului

reprezint rspunsul n frecven al amplificatorului. Acest grafic poart denumirea de

CARACTERISTIC DE FRECVEN a amplificatorului. Forma specific a caracteristicii defrecven a amplificatoarelor este de tipul celei prezentate n Figura 2, n care este exemplificat

modul n care variaz factorul de amplificare n tensiune, respectiv ctigul n tensiune. Valorile

numerice prezentate n cele 2 grafice sunt considerate pentru al un amplificator oarecare aceste

valori difer de la un amplificator la altul.

Figura 2. Caracteristica de frecven a unui amplificator.

53


54/232

Privind caracteristica de frecven a amplificatorului considerat (de exemplu, graficul variaiei

factorului de amplificare n tensiune pentru ctigul n tensiune discuia este similar) se

constat urmtoarele:

1. dac frecvena semnalului aplicat la intrarea amplificatorului este n jurul valorii 0Hz (zero

hertzi) factorul de amplificare n tensiune este zero. Factorul de amplificare rmne egal cu

zero pentru oricare valoare a frecvenei semnalului aplicat la intrarea amplificatorului

cuprins ntre 0HZ i 100Hz. Dac frecvena semnalului respectiv este mai mare de 100Hz

atunci factorul de amplificare crete. Aceast cretere a factorului de amplificare are loc

att timp ct frecvena semnalului aplicat la intrarea amplificatorului este n intervalul

[100Hz, 1KHz]. Att timp ct factorul de amplificare crete cu frecvena semnalului aplicat

la intrarea amplificatorului, se spune c amplificatorul funcioneaz n DOMENIUL

FRECVENELOR JOASE. Creterea factorului de amplificare este determinat de influena

tot mai redus, pe msur ce frecvena semnalului crete, a condensatoarelor de capacitate

mare (se numesc condensatoare de cuplare) ale amplificatorului.

2. dac frecvena semnalului aplicat la intrarea amplificatorului este mai mare de 1KHz se

constat c factorul de amplificare n tensiune rmne la o valoare constant. Pentru

amplificatorul considerat, valoarea acestei constante este 100. Factorul de amplificare n

tensiune rmne la aceast valoarea oricare ar fi frecvena semnalului respectiv n

domeniul de valori [1KHz, 1MHz]. Att timp ct factorul de amplificare rmne la o valoare

constant, mai mare ca zero, indiferent de valoarea frecvenei semnalului aplicat la intrareaamplificatorului, se spune c amplificatorul funcioneaz n DOMENIUL FRECVENELOR

MEDII. Valoarea factorului de amplificare n tensiune corespunztoare palierului

corespunztor acestui domeniu de frecvene se numete valoare N BAND (FACTOR

AMPLIFICARE N BAND). Uzual, aceasta se noteaz cu A0(pentru factorul de amplificare

n tensiune se noteaz AV0). Dac caracteristica de frecven a amplificatorului este

reprezentat prin intermediul variaiei ctigului amplificatorului, atunci valoarea acestuia,

care corespunde palierului corespunztor domeniului de frecvene medii se numete

CTIG N BAND. Uzual, aceast valoare se noteaz cu G0(pentru ctigul n tensiune senoteaz GV0).

3. dac frecvena semnalului aplicat la intrarea amplificatorului este mai mare de 1MHz se

constat c factorul de amplificare n tensiune scade pn cnd revine la zero pentru

frecvene mai mari de 10MHz. Att timp ct factorul de amplificare scade cu frecvena

semnalului aplicat la intrarea amplificatorului, se spune c amplificatorul funcioneaz n

54


55/232

DOMENIUL FRECVENELOR NALTE. Scderea factorului de amplificare este determinat

de influena capacitilor parazite ale dispozitivelor semiconductoare.

Aadar, d.p.d.v a frecvenei semnalului aplicat la intrarea amplificatorului, amplificatorul

funcioneaz n 3 domenii distincte (joase, medii, nalte) caracterizate de comportamente diferite

ale acestuia. n amplificatoare, distincia (frontiera) ntre aceste domenii nu este realizat exact can discuia de mai sus, ci mai degrab este realizat pe baza a 2 FRECVENE CARACTERISTICE,

denumite FRECVENA INFERIOAR notat fJ, respectiv FRECVENA SUPERIOAR notat

fS, ale amplificatorului.

Aceste frecvene se definesc similar, deosebirea ntre ele fiind c frecvena inferioar este

proprie domeniului frecvenelor joase, iar frecvena superioar este proprie domeniului

frecvenelor nalte.

Aceste frecvene se definesc n dou moduri echivalente, n funcie de caracteristica de

frecven adoptat. Astfel, dac pentru caracteristica de frecven se consider variaia factorului

de amplificare, cele 2 frecvene caracterisitice ale amplificatorului sunt frecvenele la care factorul

de amplificare a sczut de la valoarea din band A0 (AV0 pentru factorul de amplificare n tensiune)

la valoarea 0,707A0.

Dac pentru caracteristica de frecven se consider variaia ctigului amplificatorului, cele

2 frecvene caracterisitice ale amplificatorului sunt frecvenele la care ctigul amplificatorului a

sczut cu 3dB fa de valoarea din band G0 (GV0 pentru ctigul n tensiune).

Diferena dintre cele 2 frecvene caracteristice se numete BANDA DE FRECVEN a

amplificatrului i se noteaz cu B. Deci, relaia de calcul a lui B este:

JS ffB = 5.11

n Figura 3 se prezint, pe caracteristicile de frecven ale amplificatorului considerat, cele 2

frecvene caracteristice, respectiv banda de frecven.

55


56/232

Figura 3. Frecvenele caracteristice i banda de frecven a amplificatorului.

Un fenomen specific amplificatorului este faptul c semnalul rezultat la ieirea acestuia este

DEFAZAT fa de semnalul aplicat la intrarea acestuia. Defazajul reprezint ntrzierea ntre

semnalul de ieire fa de semnalul de intrare. Se constat c i valoarea defazajului unui

amplificator depinde de frecvena semnalului aplicat la intrarea amplificatorului. Variaia

defazajului n funcie de frecvena semnalului de intrare poate fi reprezentat sub forma unui

grafic, numit CARACTERISTICA DE FAZ a amplificatorului. n Figura 4 se exemplific modul n

care poate fi reprezentat caracteristica de faz a unui amplificator.

Figura 4. Caracteristica de faz a unui amplificator.

5. Impedana de intrare i de ieire ale amplificatorului

Acestea sunt deosebit de importante, de valoarea lor depinznd modul n care se transfer un

semnal ntre mai multe circuite de amplificare. n cazul n care aceste impedane nu sunt

adaptate la valorile impedanelor de intrare/ieire ale celorlalte amplificatoare sunt generate

pierderi de semnal la bornele de semnal (bornele de intrare/ieire) ale amplificatoarelor. Acest

fenomen va fi analizat n detaliu n cadrul capitolului Amplificatoare de semnal mic cu

tranzistoare.

56


57/232

IMPEDANA DE INTRARE se determin n REGIM LINIAR i reprezint raportul dintre tensiunea

de intrare i curentul de intrare, determinat pentru o anumit frecven a semnalului de intrare.

IMPEDANA DE IEIRE se determin n REGIM LINIAR i reprezint raportul dintre tensiunea de

ieire i curentul de ieire, n condiiile n care sursele independente din circuit sunt pasivizate,

determinat pentru o anumit frecven a semnalului de intrare.

6. Modelarea amplificatoarelor liniare

n sistemele electronice, la bornele de semnal ale amplificatoarelor sunt conectate

ntotdeauna circuite externe. Atunci cnd se face analiza performanelor unui amplificator,

circuitele externe sunt modelate (vezi Figura 1) prin intermediul unui generator de semnal,

respectiv a unei sarcini. Aa cum s-a precizat mai sus, n cazul n care impedanele de

intrare/ieire ale amplificatorului nu sunt adaptate la impedanele de intrare/ieire ale circuitelorexterne, atunci, la bornele de semnal ale amplificatorului apar PIERDERI DE SEMNAL. Aceste

pierderi de semnal determin SCDEREA factorului de amplificare AX (unde X reprezint V, I, Z

sau Y) a amplificatorului izolat la o nou valoare notat AXg, care depinde de impedana de ieire a

circuitului extern, aplicat la bornele de intrare ale amplificatorului i de impedana de intrare a

circuitului extern, aplicat la bornele de ieire ale amplificatorului (pentru Figura 1, valoarea real

a factorului de amplificare depinde de Zg i de ZL).

Aadar, n cazul interconectrii mai multor circuite de amplificare, la transferul semnalului

de la un amplificator la altul, o parte din semnal se pierde, puterea electric a acestuia

reducndu-se, ceea ce nu este deloc convenabil.

n cazul amplificatoarelor LINIARE, transferul de semnal la bornele de intrare, respectiv de

ieire, precum i estimarea pierderilor de semnal la aceste borne poate fi realizat pe baza unor

modele ale amplificatoarelor, reprezentate prin intermediul unor circuite echivalente liniare,

compuse dintr-o impedana de intrare, notat Zi, o impedan de ieire notat Zo i generator

comandat a crui mrime electric generat la borne depinde de factorul de amplificare AX al

amplificatorului izolat.

Aa cum s-a menionat, semnalele sunt reprezentate prin intermediul tensiunilor, respectiv a

curenilor electrici. n funcie de natura mrimilor electrice de interes de la bornele de ieire,

respectiv de intrare ale amplificatorului, amplificatoare liniare pot fi considerate ca fiind de patru

tipuri, enumerate n Tabelul 1:

57


58/232

Tabelul 1. Tipuri de amplificatoare liniare.

Tipamplificat

or

tipul mrimiielectrice de

IEIRE

tipul mrimiielectrice de

INTRARE

factoramplificare al

amplificatoruluiizolat

formula genericde calcul a

factorului deamplificare al

amplificatoruluiizolat

amplificator de

tensiune

tensiunevo

tensiunevi

AV

i

oV

v

vA =

amplificator de curent

curentio

curentii

AI

i

oI

i

iA =

amplificator

transimpedan

tensiunevo

curentii

AZ

i

oZ

i

vA =

amplificator

transadmitan

curentio

tensiunevi

AY

i

oY

v

iA =

Pierderile de semnal se pot ELIMINA (sau mcar reduce) impunnd anumite CONDIII

LIMIT pentru impedana de intrare, respectiv impedana de ieire a amplificatorului.

Circuitul echivalent al amplificatorului de tensiune

Este prezentat n Figura 5, n care AV este factorul de amplificare n tensiune al amplificatorului

izolat, cnd bornele de ieire sunt lsate n gol, definit ca n relaia 5.5.

58


59/232

Figura 5. Modelarea amplificatorului de tensiune real.

Circuitul echivalent al amplificatorului de curent

Este prezentat n Figura 6, n care AI este factorul de amplificare n curent al amplificatorului

izolat, cu bornele de ieire conectate n scurtcircuit, definit ca n relaia 5.6.

Figura 6. Modelarea amplificatorului de curent real.

Circuitul echivalent al amplificatorului transimpedan

Este prezentat n Figura 7, n care AZ este factorul de amplificare transimpedan al

amplificatorului izolat, cu bornele de ieire lsate n gol, definit ca n relaia 5.7.

Figura 7. Modelarea amplificatorului transimpedan real.

Circuitul echivalent al amplificatorului transadmitan

Este prezentat n Figura 8, n care AY este factorul de amplificare transadmitan a

amplificatorului izolat, cu bornele de ieire conectate n scurtcircuit, definit ca n relaia 5.8.

59


60/232

Figura 8. Modelarea amplificatorului transadmitan real.

7. Estimarea pierderilor de semnal la bornele de semnal ale amplificatorului

n continuare, se va descrie procedeul prin care se pot estima aceste pierderi, precum i soluiile

care pot fi adoptate pentru eliminarea pierderilor de semnal. Metoda de analiz se bazeaz peurmtoarele principii:

circuitul extern aplicat la bornele de intrare ale amplificatorului este modelat prin

intermediul unui generator de semnal. Acesta este modelat prin intermediul unui generator

de tensiune real (compus dintr-un generator de tensiune vg conectat n serie cu o

impedan Zg) dac, la intrarea amplificatorului, mrimea electric de interes este

tensiunea, respectiv este modelat prin intermediul unui generator de curent real (compus

dintr-un generator de tensiune ig conectat n paralel cu o impedan Zg) dac, la intrarea

amplificatorului, mrimea electric de interes este curentul.

amplificatorul se modeleaz, n funcie de natura mrimilor electrice de interes de la

ieirea, respectiv de la intrarea amplificatorului, prin intermediul circuitului echivalent al

tipului de amplificator, ales conform tabelului de mai sus (de exemplu, dac mrimea

electric de interes la ieire este tensiune, iar la intrare este curentul, amplificatorul se

modeleaz prin intermediul amplificatorului transimpedan).

sarcina se modeleaz prin intermediul unei impedane ZL.

Astfel, se obine un circuit pe care se pot determina aceste pierderi, iar structura circuitului

depinde de natura mrimilor electrice de interes de la ieirea, respectiv intrarea amplificatorului,

conform Tabelului 2.

60


61/232

Tabel 2. Structura circuitului de calcul pentru estimarea pierderilor de semnal.

mrimeelectric de

IEIRE

mrimeelectric de

INTRARE

tip AMPLIFICATOR utilizatn circuitul pentru

calculul pierderilor desemnal

tip GENERATOR DESEMNAL utilizat n

circuitul pentru calcululpierderilor de semnal

tensiune tensiune de tensiune de tensiune

curent curent de curent de curent

tensiune curent transimpedan de curentcurent tensiune transadmitan de tensiune

7.1 Estimarea pierderilor de tensiune la bornele de ieire i de intrare: circuitul de calcul este

prezentat n Figura 9.

Estimarea acestora este realizat calculnd amplificarea n tensiune AVg a amplificatorului

conectat la circuitele externe, definit pe baza relaiei generale:

g

oVg

v

vA = 5.12

Figura 9. Circuitul de calcul utilizat pentru estimarea pierderilor de tensiune la bornele de ieire i de

intrare.

Mai nti, trebuie precizat c la bornele sursei de tensiune comandate este generat tensiunea de

la ieirea amplificatorului izolat, cu bornele de ieire lsate n gol, iar valoarea acestei tensiuni

este AVvi. Apoi, se remarc faptul c impedanele Zo i ZL formeaz un divizor de tensiune pentru

61


62/232

tensiunea AVvi (de la bornele generatorului comandat), deci, pe baza formulei de calcul specificedivizorului de tensiune, rezult:

iV

Lo

L vA

ZZ

Zv

+

=0 5.13.a

n continuare, se remarc faptul c impedanele Zg i Zi formeaz un divizor de tensiune pentru

tensiunea vg(t), deci, pe baza formulei de calcul specifice divizorului de tensiune rezult:

gig

ii v

ZZ

Zv

+= 5.13.b

Introducnd rezultatele de mai sus n formula 5.12 se obine formula de calcul pentru factorul de

amplificare n tensiune a amplificatorului la care sunt conectate circuitele externe:

+

+=

Lo

L

ig

iVVg

ZZ

Z

ZZ

ZAA 5.13.c

n relaia 5.13.c, raportul din prima parantez indic pierderea de tensiune la intrarea

amplificatorului, iar raportul din a 2a parantez indic pierderea de tensiune la ieirea

amplificatorului. Aceste pierderi de tensiune pot fi diminuate sau chiar eliminate numai dac

amplificatorul este astfel proiectat nct impedana sa de intrare, respectiv de ieire, s satisfac

urmtoarele condiii:

Logi ZZsiZZ 5.14

Prin satisfacerea condiiilor 5.14 se constat c:

62


63/232

VVg AA

deci, n aceste condiii, pierderile de tensiune ar putea fi eliminate. Pentru ca amplificatorul s nu

aib pierderi de tensiune la bornele de intrare, respectiv de ieire, indiferent de structura

circuitelor externe modelate prin parametrii Zg i ZL, din condiia 5.14 rezult c un amplificatortrebuie astfel proiectat nct impedana de intrare, respectiv de ieire, s tind la condiia ideal:

00 == ZsiZi 5.15

Estimarea pierderilor de curent la bornele de ieire i de intrare: circuitul de calcul este

prezentat n Figura 10. Estimarea acestora este realizat calculnd amplificarea n curent AIg aamplificatorului conectat la circuitele externe (modelate prin generatorul de semnal i sarcina),

definit pe baza relaiei generale:

g

oIg

i

iA = 5.16

Figura 10. Circuitul de calcul utilizat pentru estimarea pierderilor de curent la bornele de ieire i de

intrare.

La bornele sursei de curent comandate este generat curentul de la ieirea amplificatorului izolat,

cu bornele de ieire conectate n scurtcircuit, iar valoarea acestui curent este AIii. Impedanele Zo63


64/232

i ZL formeaz un divizor de curent pentru curentul AIii, deci, pe baza formulei de calcul specificedivizorului de curent, rezult:

iILo

o iAZZ

Zi

+

=0 5.17.a

Impedanele Zg i Zi formeaz un divizor de curent pentru curentul ig, deci, pe baza formulei de

calcul specifice divizorului de curent rezult:

gig

gi i

ZZ

Zi

+= 5.17.b

Introducnd rezultatele de mai sus n formula 5.16 se obine formula de calcul pentru factorul de

amplificare n cuernt a amplificatorului la care sunt conectate circuitele externe:

+

+=

Lo

o

ig

gIIg

ZZ

Z

ZZ

ZAA 5.17.c

n relaia 5.17.c, raportul din prima parantez indic pierderea de curent la intrarea

amplificatorului, iar raportul din a 2a parantez indic pierderea de curent la ieirea

amplificatorului. Aceste pierderi de curent pot fi diminuate sau chiar eliminate numai dac

amplificatorul este astfel proiectat nct impedana sa de intrare, respectiv de ieire, s satisfac

urmtoarele condiii:

Logi ZZsiZZ >>


65/232

IIg AA

deci, n aceste condiii, pierderile de curent ar putea fi eliminate. Pentru ca amplificatorul s NU

aib pierderi de curent la bornele de intrare, respectiv de ieire, indiferent de structura circuitelor

externe, din condiia 5.18 rezult c un amplificator trebuie astfel proiectat nct impedana deintrare, respectiv de ieire, s tind spre condiia ideal:

== 00 ZsiZi 5.19

Estimarea pierderilor de tensiune la bornele de ieire i de curent la bornele de intrare:

circuitul de calcul este prezentat n Figura 11. Estimarea acestora este realizat calculndamplificarea transimpedan AZg a amplificatorului conectat la circuitele externe (modelate prin

generatorul de semnal i sarcina), definit pe baza relaiei generale:

g

oZg

i

vA = 5.20

Figura 11. Circuitul de calcul utilizat pentru estimarea pierderilor de tensiune la bornele de ieire i de

curent la bornele de intrare.

La bornele sursei de tensiune comandate este generat tensiunea de la ieirea amplificatorului

izolat, cu bornele de ieire lsate n gol, iar valoarea acestei tensiune este AZii. Impedanele Zo iZL formeaz un divizor de tensiune pentru tensiunea AZii, deci, pe baza formulei de calculspecifice divizorului de tensiune, rezult:

65


66/232

iZLo

L iAZZ

Zv

+

=0 5.21.a

Impedanele Zg i Zi formeaz un divizor de curent pentru curentul ig, deci, pe baza formulei de

calcul spec

Documents

Dispozitive Electronice ÅŸi ElectronicÄƒ AnalogicÄƒ2